Sistemas Operacionais - Bruno Toledo! Quem sou?

Sistemas Operacionais
Adriana Soares Pereira
Elisa Maria Vissotto
Roberto Franciscatto
Frederico Westphalen - RS
2015
Presidência da República Federativa do Brasil
Ministério da Educação
Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica
© Colégio Agrícola de Frederico Westphalen
Este caderno foi elaborado em parceria entre o Colégio Agrícola de Frederico
Westphalen – CAFW e a Universidade Federal de Santa Maria para a Rede e-Tec Brasil.
Equipe de Elaboração
Colégio Agrícola de Frederico Westphalen – CAFW
Equipe de Acompanhamento e Validação
Colégio Técnico Industrial de Santa Maria – CTISM
Reitor
Paulo Afonso Burmann/UFSM
Coordenação Institucional
Paulo Roberto Colusso/CTISM
Direção
Fernando de Cristo/CAFW
Coordenação de Design
Erika Goellner/CTISM
Coordenação Geral da Rede e-Tec – UFSM
Paulo Roberto Colusso/CTISM
Revisão Pedagógica
Elisiane Bortoluzzi Scrimini/CTISM
Jaqueline Müller/CTISM
Coordenação de Curso
Adriana Soares Pereira/CAFW
Professor-autor
Adriana Soares Pereira/CAFW
Elisa Maria Vissotto/CAFW
Roberto Franciscatto/CAFW
Revisão Textual
Carlos Frederico Ruviaro/CTISM
Revisão Técnica
Tatiani Elenusa de Oliveira Rodrigues/CTISM
Ilustração
Marcel Santos Jacques/CTISM
Ricardo Antunes Machado/CTISM
Diagramação Leandro Felipe Aguilar Freitas/CTISM
Bibliotecária Nataly Soares Leite – CRB 10/1981
P436s
Pereira, Adriana Soares.
Sistemas operacionais / Adriana Soares Pereira, Elisa
Maria Vissotto, Roberto Franciscatto. – Frederico Westphalen :
Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Agrícola de
Frederico Westphalen, 2015.
110 p. : il.
ISBN 978-85-63573-77-3
1. Sistemas operacionais. 2. Gerenciamento de processos.
3. Gerenciamento de memória. 4. Gerenciamento de arquivos.
I. Vissotto, Elisa Maria. II. Franciscatto, Roberto. III. Universidade
Federal de Santa Maria. Colégio Agrícola de Frederico Westphalen.
III. Título.
CDU 004.451
Apresentação e-Tec Brasil
Prezado estudante,
Bem-vindo a Rede e-Tec Brasil!
Você faz parte de uma rede nacional de ensino, que por sua vez constitui uma
das ações do Pronatec – Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e
Emprego. O Pronatec, instituído pela Lei nº 12.513/2011, tem como objetivo
principal expandir, interiorizar e democratizar a oferta de cursos de Educação
Profissional e Tecnológica (EPT) para a população brasileira propiciando caminho
de o acesso mais rápido ao emprego.
É neste âmbito que as ações da Rede e-Tec Brasil promovem a parceria entre
a Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC) e as instâncias
promotoras de ensino técnico como os Institutos Federais, as Secretarias de
Educação dos Estados, as Universidades, as Escolas e Colégios Tecnológicos
e o Sistema S.
A educação a distância no nosso país, de dimensões continentais e grande
diversidade regional e cultural, longe de distanciar, aproxima as pessoas ao
garantir acesso à educação de qualidade, e promover o fortalecimento da
formação de jovens moradores de regiões distantes, geograficamente ou
economicamente, dos grandes centros.
A Rede e-Tec Brasil leva diversos cursos técnicos a todas as regiões do país,
incentivando os estudantes a concluir o ensino médio e realizar uma formação
e atualização contínuas. Os cursos são ofertados pelas instituições de educação
profissional e o atendimento ao estudante é realizado tanto nas sedes das
instituições quanto em suas unidades remotas, os polos.
Os parceiros da Rede e-Tec Brasil acreditam em uma educação profissional
qualificada – integradora do ensino médio e educação técnica, – é capaz
de promover o cidadão com capacidades para produzir, mas também com
autonomia diante das diferentes dimensões da realidade: cultural, social,
familiar, esportiva, política e ética.
Nós acreditamos em você!
Desejamos sucesso na sua formação profissional!
Ministério da Educação
Janeiro de 2015
Nosso contato
[email protected]
3
e-Tec Brasil
Indicação de ícones
Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de
linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual.
Atenção: indica pontos de maior relevância no texto.
Saiba mais: oferece novas informações que enriquecem o
assunto ou “curiosidades” e notícias recentes relacionadas ao
tema estudado.
Glossário: indica a definição de um termo, palavra ou expressão
utilizada no texto.
Mídias integradas: sempre que se desejar que os estudantes
desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: vídeos,
filmes, jornais, ambiente AVEA e outras.
Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em diferentes
níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e
conferir o seu domínio do tema estudado.
5
e-Tec Brasil
e-Tec Brasil
6
Tecnologia da Informática
Sumário
Palavra do professor-autor
9
Apresentação da disciplina
11
Projeto instrucional
13
Aula 1 – Introdução aos sistemas operacionais
1.1 Considerações iniciais
15
15
1.2 Funções básicas e caracterização
15
1.3 Tipos de sistemas operacionais
17
1.4 Sistemas operacionais usuais
20
Aula 2 – Conceitos de hardware e software
2.1 Considerações iniciais
23
23
2.2 Hardware
23
2.3 Software
30
Aula 3 – Estrutura do sistema operacional
3.1 Considerações iniciais
35
35
3.2 Funções do núcleo
35
3.3 Modo de acesso
36
3.4 Rotinas do sistema operacional e system calls
37
3.5 Operação do sistema de computação
38
3.6 Interrupções e exceções
39
3.7 Estrutura de acesso direto à memória (DMA)
40
3.8 Buffering
41
3.9 Spooling
41
3.10 Reentrância
42
Aula 4 – Gerenciamento de processos
4.1 Considerações iniciais
45
45
4.2 O que é um processo?
45
4.3 Estrutura do processo
45
e-Tec Brasil
Aula 5 – Gerenciamento de memória
5.1 Considerações iniciais
51
51
5.2 Funções básicas da memória
51
5.3 Técnicas de gerenciamento de memória
53
Aula 6 – Gerenciamento de arquivos
6.1 Considerações iniciais
63
63
6.2 Arquivos
63
6.3 Diretórios
68
6.4 Alocação de espaço em disco
69
6.5 Proteção de acesso
72
Aula 7 – Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven 75
7.1 Considerações iniciais
75
7.2 Requisitos
75
7.3 Instalação
76
7.4 Ferramentas do sistema
77
7.5 Principais comandos de administração do sistema
84
Aula 8 – Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu 91
8.1 Considerações iniciais
91
8.2 Requisitos
91
8.3 Instalação
92
8.4 Árvore de diretórios
96
8.5 Ferramentas de administração do sistema
99
8.6 Principais comandos de administração do sistema operacional 104
e-Tec Brasil
Referências
109
Currículo do professor-autor
110
Palavra do professor-autor
Prezado aluno, é com grande alegria e satisfação que chegamos até você por
meio deste livro didático de Sistemas Operacionais. Para se tornar um bom
técnico em informática é fundamental que tenhamos domínio dos sistemas
operacionais, sua forma de funcionamento e organização, bem como, sua
utilização prática no dia a dia. Para isso, além de estudá-lo é necessário usá-lo
e querer conhecê-lo cada vez mais, sabendo sobre suas várias categorias,
como os sistemas operacionais para servidores, desktops e dispositivos móveis.
Com este livro didático, pretendemos colaborar no aprendizado da disciplina
de Sistemas Operacionais, para que você possa tirar proveito ao máximo
desta disciplina e do curso como um todo. Neste material você conhecerá as
funções básicas e a caracterização dos sistemas operacionais, os conceitos
de hardware e software utilizados pelos mesmos, a estrutura por trás de
um sistema operacional, como o sistema operacional gerencia os processos,
memória, arquivos e diretórios, bem como, duas aulas especiais que abordam
na prática o sistema operacional Windows Seven e o sistema operacional
Linux Ubuntu.
Para um bom uso deste material, recomendamos a leitura completa do mesmo,
bem como, a resolução dos exercícios propostos e o acesso ao conteúdo
complementar indicado durante as aulas.
Desejamos que este livro possa ajudá-lo de forma efetiva em sua caminhada
junto ao curso e em suas novas descobertas. Não se esqueça de ler constantemente este material, além de acompanhar a disciplina em seu ambiente virtual
de aprendizagem, assim como, interagir com professores, tutores e colegas.
Lembre-se que o seu sucesso depende de seu esforço e sua dedicação.
Um grande abraço e bons estudos!
Adriana Soares Pereira
Elisa Maria Vissotto
Roberto Franciscatto
9
e-Tec Brasil
Apresentação da disciplina
Na disciplina de Sistemas Operacionais, você irá ter uma visão geral de como
os sistemas operacionais se organizam, se estruturam e como funcionam.
Para que este universo seja entendido, as aulas deste livro foram organizadas
da seguinte forma: Na Aula 1, são apresentados os conceitos referentes aos
sistemas operacionais, suas funções básicas, caracterização e os principais
tipos de sistemas operacionais. Na Aula 2, são apresentados os conceitos
de hardware e software que interagem diretamente com os sistemas operacionais. Na Aula 3, a estrutura do sistema operacional é apresentada com
ênfase para as funções do núcleo do sistema, modos de acesso e rotinas do
sistema operacional. Na Aula 4, são apresentados os processos e sua forma
de gerenciamento. Na Aula 5, o gerenciamento de memória é descrito, bem
como, as principais técnicas para alocação da mesma, utilizada pelos sistemas
operacionais. Na Aula 6, o gerenciamento de arquivos é proposto, com ênfase
para a forma de organização de arquivos e diretórios, bem como as técnicas
de alocação de espaço em disco. Na Aula 7, é abordado de forma prática o
sistema operacional Windows Seven, bem como, suas principais ferramentas
de administração. Por fim, na Aula 8, é apresentado um estudo de caso
envolvendo o sistema operacional Linux Ubuntu, sua forma de organização,
suas ferramentas do sistema e os principais comandos para administração.
11
e-Tec Brasil
Projeto instrucional
Disciplina: Sistemas Operacionais (carga horária: 60h).
Ementa: Compreender os conceitos relacionados a projeto de sistemas operacionais e sua implementação. Utilizar procedimentos necessários para manter
programas e administrar usuários em um sistema operacional.
AULA
OBJETIVOS DE
APRENDIZAGEM
MATERIAIS
CARGA
HORÁRIA
(horas)
1. Introdução
aos sistemas
operacionais
Apresentar as funções básicas e
caracterização dos sistemas operacionais.
Mostrar os principais tipos de sistemas
operacionais existentes.
Conhecer os sistemas operacionais mais
usuais.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
07
2. Conceitos de
hardware e software
Apresentar os principais dispositivos de
hardware.
Conceituar software voltado ao contexto
dos sistemas operacionais.
Mostrar a importância do hardware e
software em um sistema computacional.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
08
3. Estrutura do
sistema operacional
Conhecer as principais funções que
compõem um sistema operacional.
Entender a estrutura de um sistema
operacional.
Ter um entendimento das principais
técnicas utilizadas nos sistemas
operacionais.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
07
4. Gerenciamento
de processos
Entender o conceito de processos e sua
função junto ao sistema operacional.
Conhecer seu ciclo de vida e atividades
que desempenham.
Mostrar os recursos de hardware e
software associados aos processos.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
08
5. Gerenciamento
de memória
Entender como o sistema operacional
gerencia a memória.
Conhecer as principais técnicas para
alocação de memória.
Visualizar a importância da utilização da
memória nos sistemas computacionais.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
07
13
e-Tec Brasil
AULA
e-Tec Brasil
OBJETIVOS DE
APRENDIZAGEM
MATERIAIS
CARGA
HORÁRIA
(horas)
6. Gerenciamento
de arquivos
Apresentar as principais técnicas de
gerenciamento de arquivos e diretórios.
Entender o processo de organização de
arquivos e diretórios.
Compreender as principais técnicas de
alocação utilizadas no gerenciamento de
arquivos e diretórios.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
08
7. Estudo de caso:
sistema operacional
Windows Seven
Conhecer de forma prática o sistema
operacional Windows Seven.
Compreender seus requisitos e forma de
instalação.
Entender as principais ferramentas do
sistema e como podemos utilizá-las na
administração do sistema operacional.
Conhecer os principais comandos
funcionais de administração.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
07
8. Estudo de caso:
sistema operacional
Linux Ubuntu
Conhecer de forma prática o sistema
operacional Linux Ubuntu.
Compreender seus requisitos e forma de
instalação.
Conhecer as principais ferramentas de
administração do sistema.
Compreender os principais comandos de
administração do sistema operacional.
Ambiente virtual: plataforma
Moodle.
Apostila didática.
Recursos de apoio: links,
exercícios.
08
14
Aula 1 – Introdução aos sistemas operacionais
Objetivos
Apresentar as funções básicas e caracterização dos sistemas operacionais.
Mostrar os principais tipos de sistemas operacionais existentes.
Conhecer os sistemas operacionais mais usuais.
1.1 Considerações iniciais
Nessa aula, começaremos a conhecer melhor o que é um sistema operacional,
como se estrutura, sua organização e sua forma de funcionamento. Ao longo
dos capítulos, será possível entender os sistemas operacionais em sua essência
e como os mesmos evoluíram ao longo do tempo.
1.2 Funções básicas e caracterização
Um sistema operacional pode ser caracterizado como um conjunto de rotinas
executadas pelo processador, de forma semelhante aos programas dos usuários.
Seu principal objetivo é gerenciar os componentes de hardware, como processador, memória principal, discos, teclado, entre outros e fornecer aos programas
do usuário uma interface com o hardware mais simples de ser utilizada.
Sem um sistema operacional, o usuário deveria ter um conhecimento aprofundado de diversos comandos e linguagens em geral para que pudesse
manipular o computador, o que tornaria uma prática difícil e com grandes
possibilidades de erro.
A principal diferença existente entre softwares aplicativos e um sistema operacional convencional está no fato de que os dois funcionam de formas diferentes.
Enquanto um software aplicativo (Microsoft Word, Libre Office Writer, etc.)
trabalha com início, meio e fim, um sistema operacional trabalha de forma
assíncrona, ou seja, suas rotinas são executadas de forma concorrente através
de eventos assíncronos (que podem ocorrer a qualquer momento).
Aula 1 - Introdução aos sistemas operacionais
15
e-Tec Brasil
Quanto às denominações para sistema operacional existem várias, que especificam as rotinas que ele executa, portanto, muitas vezes ele é chamado de
modo supervisor, modo núcleo, privilegiado, entre outros.
Quanto às funções básicas que um sistema operacional é capaz de realizar,
temos duas principais, que são: facilitar o acesso aos recursos do sistema
e compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida.
Para exemplificar melhor a estrutura de um sistema operacional e como este se
relaciona com os demais componentes computacionais, vejamos a Figura 1.1.
Figura 1.1: Visão de um sistema computacional
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Na Figura 1.1, é possível observar que no topo de um sistema computacional
estão os usuários. Estes se comunicam com os computadores através das
aplicações diversas, como editores de textos, planilhas eletrônicas, navegadores (Chrome, Internet Explorer, Firefox, etc.), entre outros. Estes softwares
e-Tec Brasil
16
Sistemas Operacionais
aplicativos são gerenciados por um sistema operacional (tema central deste
material) que, conforme as setas da Figura 1.1, fazem a ligação entre os
softwares aplicativos instalados e os componentes de hardware existentes no
computador. Esta estrutura é o ponto de partida para nossos estudos sobre
os sistemas operacionais e sua forma de funcionamento.
1.3 Tipos de sistemas operacionais
Os sistemas operacionais evoluíram ao longo do tempo, muito pela contribuição
da evolução do hardware e das aplicações suportadas por ele. Os sistemas
operacionais são divididos basicamente em três tipos, conforme podemos
visualizar na Figura 1.2.
Figura 1.2: Tipos de sistemas operacionais
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
A estrutura apresentada na Figura 1.2, mostra os tipos de sistemas operacionais quanto a sua forma de operação. Estes dividem-se em: sistemas
monoprogramáveis/monotarefa, sistemas multiprogramáveis/multitarefa e
sistemas com múltiplos processadores. Estudaremos cada um deles a partir
de agora, confira.
1.3.1 Sistemas monoprogramáveis/monotarefa
Os sistemas monoprogramáveis ou monotarefa, como o próprio nome já diz
(mono, noção de um, de unidade) são sistemas voltados tipicamente para a
execução de um único programa. Qualquer outra aplicação para ser executada,
deve aguardar o término no programa corrente. Neste tipo de sistema, o
processador, a memória e os demais periféricos permanecem exclusivamente
dedicados à execução de um único programa.
Aula 1 - Introdução aos sistemas operacionais
17
e-Tec Brasil
MS-DOS foi o primeiro sistema
operacional da Microsoft
(funcionava exclusivamente
pela linha de comandos, ou
seja, executando comandos
digitados pelo usuário)
que passou a integrar os
computadores da IBM no
ano de 1981, tornando-se o
sistema base para a maioria
dos computadores pessoais. O
MS-DOS teve várias versões e
aprimoramentos. Com o passar
dos anos e o lançamento do
Windows no ano de 1985,
o MS-DOS passou a ser
parte integrante das versões
Windows e continua até hoje
através do utilitário “Prompt de
Comando”.
Os sistemas monotarefa, estão tipicamente relacionados aos primeiros computadores da década de 1960. Os sistemas monoprogramáveis possuíam uma
desvantagem muito clara, devido à limitação de tarefas (uma de cada vez) havia
um grande desperdício de recursos de hardware. Como exemplo de sistema
operacional monoprogramável/monotarefa temos o MS-DOS da Microsoft.
1.3.2 Sistemas multiprogramáveis/multitarefa
Diferentemente dos sistemas monoprogramáveis/monotarefa, os sistemas
multiprogramáveis/multitarefa permitem que os recursos computacionais
sejam compartilhados entre os diversos usuários e aplicações. Neste caso,
enquanto um programa espera pela ocorrência de um evento, outros programas podem estar em execução neste mesmo intervalo de tempo, permitindo
assim o compartilhamento de recursos como processador, memória principal
e dispositivos de entrada e saída. O sistema operacional fica incumbido de
gerenciar o acesso concorrente aos seus diversos recursos de forma ordenada
e protegida.
As vantagens na utilização destes tipos de sistemas operacionais são a redução do tempo de respostas das aplicações, além dos custos computacionais
reduzidos, devido ao compartilhamento dos recursos do sistema entre as
diferentes aplicações.
Os sistemas operacionais multiprogramáveis/multitarefa podem ser classificados
em três subdivisões segundo características de como suas aplicações são
gerenciadas. Estas categorias são: sistemas batch, de tempo compartilhado
e de tempo real.
1.3.2.1 Sistemas batch
Os sistemas batch foram implementados na década de 60. Os programas ou
jobs, como eram conhecidos na época, eram submetidos para execução através
da utilização de cartões perfurados, armazenados em discos ou fitas, para
posteriormente serem executados (dependendo da disponibilidade da memória
principal). Uma característica marcante dos sistemas batch era não exigir a
interação do usuário com a aplicação. Exemplos de aplicações processadas
em batch eram programas de cálculos numéricos, ordenações, compilações,
backups, entre outros, onde não se fazia necessária a interação com o usuário.
1.3.2.2 Sistemas de tempo compartilhado
Estes sistemas, também conhecidos como time-sharing (tempo compartilhado),
permitem que diferentes programas sejam executados a partir da divisão
e-Tec Brasil
18
Sistemas Operacionais
do tempo do processador em pequenas fatias de tempo (conhecidas como
time-slice). Caso a fatia de tempo seja pequena para as funções que o mesmo
precisa realizar, ele aguarda uma nova fatia de tempo para que possa entrar
em execução novamente. Nos sistemas de tempo compartilhado é criado,
para cada usuário, um ambiente de trabalho próprio, simulando a ideia de
que todo o sistema está dedicado exclusivamente a ele.
Os sistemas de tempo compartilhado permitem aos seus usuários interagir
com o sistema através dos dispositivos de entrada de dados e comandos
especiais. A grande maioria das aplicações comerciais existentes atualmente
utilizam este tipo de sistema, uma vez que oferecem tempo de resposta
razoáveis e custos baixos, em função do compartilhamento dos recursos do
sistema, entre os programas.
1.3.2.3 Sistemas de tempo real
Também conhecidos como real-time (tempo real) possuem características
semelhantes aos sistemas de tempo compartilhado, entretanto diferenciam-se
pelo tempo exigido no processamento das aplicações. Nos sistemas de tempo
real, quanto aos tempos de processamento, estes devem enquadrar-se em
limites rígidos, para o êxito das operações realizadas, podendo comprometer
a aplicação e seus resultados caso este limite de tempo não seja cumprido.
Diferentemente dos sistemas de tempo compartilhado, nos sistemas de tempo
real o processador permanece ocupado durante o tempo que for necessário
a execução de determinado programa, cedendo lugar a outro programa que
tenha uma prioridade maior no sistema. Outra característica destes sistemas
é que a prioridade de execução de um programa é definida pela própria
aplicação e não pelo sistema operacional.
Exemplos destes sistemas, encontramos em aplicações de controle de processos,
como controle de tráfego aéreo, usinas, refinarias, ou qualquer outra aplicação
onde o tempo de processamento é fator fundamental para o sucesso.
1.3.3 Sistemas com múltiplos processadores
Os sistemas de múltiplos processadores recebem este nome por possuírem dois
ou mais processadores interligados trabalhando em conjunto. Como vantagem
desta arquitetura está o fato de permitir que vários programas possam ser
executados ao mesmo tempo ou que um programa possa ser dividido em
partes, entre os vários processadores, executando-os de forma simultânea.
Aula 1 - Introdução aos sistemas operacionais
19
e-Tec Brasil
Um dos fatores fundamentais para o desenvolvimento de sistemas operacionais com múltiplos processadores está na forma de comunicação entre os
processadores (CPU), o compartilhamento de memória principal (RAM) e os
dispositivos de entrada e saída (E/S).
Através dos sistemas com múltiplos processadores foi possível a criação de
sistemas computacionais voltados para o desenvolvimento científico, aplicado em áreas como desenvolvimento aeroespacial, prospecção de petróleo,
simulações, entre outros.
As práticas e estudos voltados ao desenvolvimento de sistemas com múltiplos
processadores adicionaram vantagens em tais sistemas como a escalabilidade,
disponibilidade e balanceamento de carga.
1.4 Sistemas operacionais usuais
A ideia desta seção é que possamos conhecer um pouco mais dos sistemas
operacionais mais usuais e suas classificações, para que você possa testar,
usar e começar a praticar em seu dia a dia, desde já.
1.4.1 Sistemas operacionais de computadores pessoais
Os sistemas operacionais para computadores pessoais são amplamente usados
no dia a dia em netbooks, notebooks, computadores de mesa, etc. Seu objetivo
é fornecer uma boa interface, permitindo que o usuário realize as tarefas
que necessita de forma prática e intuitiva. Estes sistemas operacionais são
amplamente utilizados para pacotes de escritório (editores de texto, planilhas
eletrônicas), internet e aplicativos em geral.
Alguns exemplos mais comuns destes sistemas operacionais para computadores
pessoais são as distribuições Windows e Linux.
Quanto às distribuições Windows para computadores pessoais, temos: Windows
XP, Windows Vista, Windows Seven e Windows 8.1.
Já as distribuições Linux para computadores pessoais, temos como os mais
usuais: Ubuntu, Red Hat, Debian, Fedora, Mint, Mageia, OpenSuse, entre outros.
As distribuições Windows são sistemas operacionais pagos, onde devemos
escolher e adquirir as licenças para uso, conforme cada necessidade. Já os
sistemas operacionais Linux, são caracterizados como softwares livres, ou
e-Tec Brasil
20
Sistemas Operacionais
seja, podem ser baixados livremente na internet, modificados, adaptados
e distribuídos livremente independente do número de computadores onde
iremos realizar a sua instalação e posterior utilização.
1.4.2 Sistemas operacionais de servidores
Diferentemente dos sistemas operacionais para computadores pessoais, o
objetivo dos sistemas operacionais para servidores é servir o maior número
de usuários ao mesmo tempo, permitindo a eles compartilhar recursos de
hardware e software.
Os sistemas operacionais de servidores podem fornecer diferentes tipos de
serviços, como por exemplo: servidor de arquivos, servidor web (hospedagem
de site, e-mail, proxy, entre outros) servidor de autenticação, backup, compartilhamento, entre outros.
Assim como acontece nos sistemas operacionais para computadores pessoais,
os sistemas operacionais para servidores possuem suas distribuições específicas,
uma vez que sua função é diferenciada e que necessita de um hardware
específico para seu pleno funcionamento (na grande maioria dos casos).
Dessa forma, as distribuições Windows e Linux (mais usuais) dispõem de vários
sistemas operacionais para servidores, sendo que no Windows, podemos citar
como exemplo: Windows 2003 Server, Windows 2008 server e Windows 2012
Server. Nas distribuições Linux, temos como exemplo de sistemas operacionais
para servidores: Ubuntu Server, Mandriva, Slackware, Suse e Debian.
1.4.3 Sistemas operacionais embarcados
Este tipo de sistema operacional tem crescido bastante nos últimos anos e
podemos dizer que os mesmos são uma tendência cada vez maior. Quando
nos referimos aos sistemas operacionais embarcados, estamos falando dos
sistemas dos computadores de mão (smartphones, tablets, etc.). Os sistemas
operacionais embarcados são executados diretamente nos dispositivos e já
vêm instalados de fábrica nos mesmos, não permitindo a troca por outro
sistema operacional, características de tais sistemas. Como diferença para os
demais sistemas operacionais, apresentam restrições de tamanho, memória
e consumo de energia, o que os fazem especiais.
Neste mercado, podemos citar como principais sistemas operacionais embarcados, os seguintes: Android, iOS, Windows Phone, entre outros.
Aula 1 - Introdução aos sistemas operacionais
21
Alguns dos repositórios mais
usuais em cada distribuição,
confira.
Android – Google Play
https://play.google.com/
store?hl=pt_BR
iOS – iTunes
https://www.apple.com/br/
itunes/charts/free-apps/
Windows Phone – Store
http://www.windowsphone.
com/pt-br/store
e-Tec Brasil
Para utilização de aplicativos diversos nestes sistemas, faz-se necessário realizar
o download dos aplicativos que o usuário deseja no repositório oficial de cada
sistema operacional em particular.
Resumo
Nessa aula, vimos uma introdução sobre os sistemas operacionais, onde
foi possível conhecer as funções básicas e caracterização dos mesmos, os
principais tipos de sistemas operacionais, bem como os sistemas operacionais
mais usuais. Em nossa próxima aula, abordaremos os principais conceitos
relacionados a hardware e a software, com enfoque destes para o contexto
dos sistemas operacionais.
Atividades de aprendizagem
1. Quais são as funções básicas de um sistema operacional?
2. Descreva a diferença entre sistemas monoprogramáveis/monotarefa, multiprogramáveis/multitarefas e de múltiplos processadores.
3. Faça uma pesquisa na internet sobre os três principais sistemas operacionais
para computadores pessoais, servidores e dispositivos móveis (smartphones
e tablets).
4. Construa uma tabela com os sistemas operacionais encontrados na atividade 3 e descreva as características e principais funcionalidades de cada
sistema operacional.
e-Tec Brasil
22
Sistemas Operacionais
Aula 2 – Conceitos de hardware e software
Objetivos
Apresentar os principais dispositivos de hardware.
Conceituar software voltado ao contexto dos sistemas operacionais.
Mostrar a importância do hardware e software em um sistema
computacional.
2.1 Considerações iniciais
Nessa aula abordaremos os principais conceitos relacionados a hardware
e software e como estes estão diretamente ligados ao projeto de sistemas
operacionais. Ao longo das aulas será possível entender um pouco mais sobre
os principias dispositivos de hardware, sua forma de funcionamento e os
softwares utilitários usados no contexto dos sistemas operacionais.
2.2 Hardware
Podemos dizer que hardware e software são elementos vitais em um sistema
de computação e que um não vive sem o outro. Em um sistema computacional temos um conjunto de hardware formado por processadores, memória,
barramentos, registradores, monitores de vídeo, mouse, teclado, impressoras,
discos magnéticos, entre outros dispositivos. Estes por sua vez manipulam
dados de forma digital o que torna um sistema computacional confiável na
representação e transmissão de dados.
Um sistema computacional geralmente é formado pela composição de três
subsistemas básicos (também conhecidos como unidades funcionais): processadores (UCP), memória principal (RAM) e dispositivos de entrada e saída
(E/S). Estes itens compõem qualquer tipo de computador digital existente
independente de fabricante, marca ou modelo.
2.2.1 Processador
O processador ou Unidade Central de Processamento (UCP) tem como função
controlar e executar instruções presentes na memória principal (RAM) através de
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
23
e-Tec Brasil
operações aritméticas (como somar, subtrair, multiplicar e dividir) e operações
lógicas (comparações, movimentação de dados, etc.).
Um processador é composto por alguns elementos básicos como a Unidade
de Controle (UC), a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e os registradores.
A UC gerencia as atividades de todos os dispositivos do computador, como por
exemplo, a gravação de dados em discos, a busca de instrução em memória,
entre outros. Já a ULA realiza as operações lógicas e aritméticas, conforme
citado nos parágrafos anteriores. Os registradores por sua vez têm a função
de guardar dados temporariamente, servindo como uma memória de alta
velocidade interna do processador, porém com uma capacidade de armazenamento reduzida e um custo maior que a memória principal.
clock
É um circuito oscilador que
tem a função de sincronizar e
ditar a medida de velocidade
de transferência de dados
entre duas partes essenciais
de um processamento. Em
outras palavras, refere-se a
medida de frequência com que
as operações são realizadas
(ciclos por segundo).
A sincronização entre as funções do processador se dá através de um sinal de
clock. Este sinal por sua vez, é gerado através de um pulso cíclico que altera
variáveis de estado do processador.
2.2.2 Arquiteturas RISC e CISC
Uma CPU em relação ao número de instruções de processamento que pode
reconhecer classifica-se em: CISC e RISC.
2.2.2.1 CISC
Um processador CISC reconhece mais de uma centena de instruções. Devido
a esta característica, pode executar de modo direto a maioria das operações
programadas pelos modernos softwares.
Os processadores com arquitetura CISC possuem instruções complexas que
são interpretadas por microprogramas. O núcleo de registradores é pequeno
e qualquer instrução pode referenciar a memória principal.
Os processadores são em sua grande maioria chips CISC. Quanto maior a
quantidade de instruções que um microprocessador é capaz de identificar,
mais lenta é a execução de cada uma delas.
2.2.2.2 RISC
Um processador RISC reconhece um número limitado de instruções, sendo que
em contrapartida, estas instruções são otimizadas para que sejam executadas
com mais rapidez.
e-Tec Brasil
24
Sistemas Operacionais
A arquitetura RISC se caracteriza por possuir poucas instruções de máquina,
que são executadas diretamente pelo hardware. Estas instruções, em sua
maioria, não acessam a memória principal, trabalhando com registradores
que neste tipo de processador se apresentam em grande número.
Portanto, a arquitetura RISC reduz o conjunto de instruções ao mínimo indispensável:
As instruções não contempladas (para execução) são executadas como combinações das instruções existentes. Com isso, consegue-se desempenho até
50 % a 75 % superior à de um processador CISC.
No Quadro 2.1, podemos observar as principais diferenças entre os processadores com arquiteturas RISC e CISC.
Quadro 2.1: Arquitetura RISC × arquitetura CISC
Arquitetura RISC
Arquitetura CISC
Poucas instruções
Muitas instruções
Instruções executadas pelo hardware
Instruções executadas por microcódigo
Instruções com formato fixo
Instruções com diversos formatos
Instruções utilizam poucos ciclos de máquina
Instruções utilizam múltiplos ciclos
Instruções com poucos modos de endereçamento
Instruções com diversos modos de endereçamento
Arquitetura com muitos registradores
Arquitetura com poucos registradores
Fonte: Adaptado de Maia, 2007
2.2.3 Memória principal
Um computador em seu interior possui vários tipos de memórias. A memória
principal do computador é conhecida como memória RAM (Random Access
Memory), ou memória de acesso aleatório. Ela é chamada de memória principal,
pois é utilizada para manter os programas em execução, tanto dos usuários
como do sistema operacional.
A memória é composta por unidades de acesso denominadas de células.
Cada uma das células possui um determinado número de bits. O acesso ao
conteúdo de uma célula se dá pela especificação de um número denominado
de endereço. O endereço nada mais é do que uma referência única que fazemos
a uma célula de memória. Quando um programa deseja fazer operações de
gravação e leitura em uma célula, este deverá antes especificar o endereço
de memória desejado, para então realizar a operação.
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
25
e-Tec Brasil
A quantidade de memória RAM disponível em um computador, exerce um
grande efeito sobre o desempenho do mesmo, uma vez que sem memória
RAM suficiente o sistema passa a utilizar a memória virtual, que é muito mais
lenta que a memória RAM.
Uma questão importante a ser lembrada é que a memória RAM é volátil,
ou seja, todo o conteúdo se apaga quando o computador é desligado ou
reiniciado. Assim, caso tenhamos programas em memória e tivermos uma
queda de energia elétrica, se não tivermos um dispositivo como o no-break
(que garanta a estabilidade de energia), perderemos os dados que estão
nesta memória.
Os chips de memória RAM são vendidos na forma de pentes de memória, com
diferentes velocidades de funcionamento (atualmente na casa dos Gigahertz),
tamanhos (01, 02, 04 GB, etc.) e tipos (DDR, DDR2, DDR3, etc.).
2.2.4 Memória cache
A memória cache pode ser caracterizada como uma memória de alta velocidade, volátil e na grande maioria das vezes com pequena capacidade de
armazenamento. Sua principal função é diminuir a disparidade existente entre
a velocidade na qual o processador executa instruções, bem como a velocidade
com que os dados são lidos e gravados em memória principal.
O tempo de acesso a um dado presente na memória cache é muito menor
que se o mesmo estivesse em memória principal.
A memória cache guarda os dados mais solicitados. Dessa forma, cada vez que
o processador necessita de determinado dado ele verifica se esta informação
encontra-se na memória cache, caso contrário, ele faz uma busca em memória
principal (o que aumenta o tempo de acesso à informação).
A maioria dos processadores atuais apresentam um esquema de memória
cache composto por múltiplos níveis. O funcionamento deste esquema tem
por princípio que quanto menor a capacidade de armazenamento da memória
cache, mais rápido é o acesso a um determinado dado.
Para aumentar o desempenho no funcionamento das memórias caches a
hierarquização em múltiplos níveis torna-se necessária. Nesse esquema, o
nível mais alto de cache é chamado de L1 (Level 1), com baixa capacidade de
armazenamento e com alta velocidade de acesso. O nível L2 (Level 2) possui
maior capacidade de armazenamento, porém velocidade de acesso inferior a L1.
e-Tec Brasil
26
Sistemas Operacionais
2.2.5 Memória secundária
A memória secundária é utilizada para guardar dados de forma permanente
no computador. Este tipo de armazenamento não necessita de alimentação,
diferentemente da memória principal que necessita estar energizada para
manter suas informações.
O acesso à leitura e gravação de dados na memória secundária é mais lento
se comparado à memória principal, entretanto o custo é baixo e a capacidade
de armazenamento é bastante superior.
Quanto aos tempos de acesso, a memória secundária funciona na ordem de
milissegundos (10-3), enquanto a memória principal trabalha na ordem de
nanossegundos (10-9). Podemos citar como exemplo de memória secundária
os seguintes dispositivos:
•
Discos magnéticos (discos rígidos – HD).
•
Discos ópticos (CD, DVD, Blu-Ray).
•
Memória flash (pen drives).
Na Figura 2.1, é possível visualizar um comparativo entre os diferentes tipos
de dispositivos de armazenamento na relação custo, velocidade e capacidade
de armazenamento.
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
27
e-Tec Brasil
Figura 2.1: Relação entre dispositivos de armazenamento
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
2.2.6 Dispositivos de entrada e saída
Os periféricos ou dispositivos de entrada e saída, são componentes de um
computador que permitem expandir as funcionalidades do mesmo. Os mesmos
podem ser divididos em duas categorias principais: os utilizados como memória
secundária e os que servem como interface usuário-máquina. Veremos alguns
exemplos de dispositivos de entrada e saída de dados.
2.2.6.1 Dispositivos de entrada
Os dispositivos de entrada ou periféricos de entrada têm a função de codificar os dados que entram no computador para que os mesmos possam ser
processados pelo computador. São considerados dispositivos de entrada:
e-Tec Brasil
•
Câmera digital.
•
Câmera filmadora.
•
Caneta ótica.
•
Drive de Blu-Ray.
•
Drive de CD/DVD-ROM.
28
Sistemas Operacionais
•
Joystick.
•
Leitora de códigos de barra.
•
Mesa gráfica.
•
Microfone.
•
Mouse.
•
Pen drive.
•
Scanner.
•
Teclado.
•
Tela sensível ao toque.
2.2.6.2 Dispositivos de saída
Os dispositivos de saída têm a função de decodificar os dados gerados pelos
dispositivos de entrada, para que estes possam ser entendidos pelo usuário.
Em outras palavras, os dispositivos de saída permitem extrair e visualizar
informações que estão no computador.
Abaixo alguns exemplos de dispositivos de saída de dados:
•
Caixas de som.
•
Drive gravador de Blu-Ray.
•
Drive gravador de CD-ROM/DVD-ROM.
•
Impressora.
•
Monitor de vídeo.
•
Pen drive.
•
Plotter.
•
Projetores digitais.
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
29
e-Tec Brasil
Cabe salientar que existem dispositivos que funcionam tanto como periféricos
de entrada como de saída, nestes casos sendo classificados como dispositivos
de entrada/saída de dados.
Os dispositivos de entrada e saída são responsáveis pela interação da máquina
com o homem. É por meio deles que os dados entram e saem do computador.
2.3 Software
O software é responsável por servir como interface entre as necessidades dos
usuários e os dispositivos de hardware. Nos sistemas operacionais encontramos
uma diversidade de softwares com funções diferenciadas, mas que exercem
um papel importante. Veremos agora alguns dos principais utilitários aos
sistemas operacionais.
2.3.1 Tradutor
Os primeiros programas de computador foram desenvolvidos através de uma
linguagem denominada de “linguagem de máquina”. Além de exigir um
conhecimento extremo por parte do programador era necessário também
conhecer em detalhes o hardware do computador, como os endereços de
memória onde seriam armazenados os programas.
Este cenário mudou quando começaram a surgir as primeiras linguagens
de montagem ou assembly e as linguagens de alto nível. Estas linguagens
facilitaram a construção de programas, documentações e manutenção dos
mesmos.
Apesar das melhorias e facilidades proporcionadas por estas linguagens, o
código fonte gerado por estes utilitários, não permitiam a execução direta
pelo processador. Para isso, estes códigos precisavam da conversão de sua
representação simbólica para a linguagem de máquina. Esta conversão era
realizada por um utilitário chamado de tradutor.
O módulo gerado pelo tradutor é chamado de módulo-objeto. Dependendo
do tipo de programa-fonte, existem dois tipos diferentes de tradutores que
geram módulos-objeto: montador e compilador.
O montador é o utilitário capaz de traduzir um programa-fonte em linguagem
de montagem para um programa-objeto não executável (módulo-objeto).
e-Tec Brasil
30
Sistemas Operacionais
O compilador é o utilitário que tem a função de gerar (dado um programa
escrito em linguagem de alto nível) um programa em linguagem de máquina,
não executável. Como exemplos de linguagens de alto nível estão: C, Pascal,
Cobol, Delphi, Java, entre outros. Os programas fonte, desenvolvidos nestas
linguagens podem ser portados entre computadores de diferentes fabricantes,
desde que existam padrões para a sintaxe da linguagem, permitindo assim o
desenvolvimento de aplicações independentes do equipamento. Na Figura 2.2,
é apresentado um resumo quando as funções de um tradutor, montador e
compilador.
Figura 2.2: Tradutor, montador e compilador
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
2.3.2 Interpretador
A função de um interpretador de código pode ser entendida como um tradutor
que não gera módulo-objeto. Durante a execução de um programa, escrito
em uma linguagem de alto nível, o interpretador traduz cada instrução e a
executa imediatamente. São exemplos de linguagens de alto nível do tipo
interpretadas: PHP, Basic, Perl, entre outras.
Nas linguagens interpretadas não existe a geração de um código-objeto, uma
vez que o código fonte escrito pelo desenvolvedor já é o próprio código a ser
interpretado. A desvantagem de tal método é o tempo gasto na tradução das
instruções de um programa toda a vez que este for executado.
2.3.3 Linker
O linker ou editor de ligação tem por objetivo gerar, dado um ou mais módulos-objetos, um único programa executável. Entre suas funções básicas estão
a resolução das referências simbólicas existentes entre os módulos e a reserva
de memória para a execução do programa.
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
31
e-Tec Brasil
O linker também é responsável pela tarefa de relocação (determinar a posição
de memória na qual o programa será carregado para execução).
Figura 2.3: Função do linker
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
2.3.4 Loader
Um loader tem a função, junto ao sistema operacional, de carregar na memória
principal um programa a fim de que o mesmo possa ser executado. O loader
pode ser classificado como do tipo absoluto ou relocável, dependendo do
procedimento de carga utilizado.
Para código executável do tipo absoluto, o loader necessita saber o endereço
de memória inicial e o tamanho do módulo para realizar o carregamento,
dando início ao processo de transferência do programa da memória secundária
para a memória principal.
Quanto ao código relocável, o programa pode ser carregado em qualquer
posição de memória, sendo o loader responsável pela relocação no momento
do carregamento.
2.3.5 Depurador
O desenvolvimento de programas é uma tarefa que exige além de raciocínio
lógico apurado um bom conhecimento da linguagem de programação que se
está utilizando na construção de um determinado programa. Porém, nenhum
destes itens garante que não podemos ter problemas quanto a erros de sintaxe
e lógica na escrita de nossos códigos.
Para auxiliar nesta tarefa de identificação e correção de erros, temos um utilitário
depurador ou debugger. O depurador permite ao programador acompanhar
e-Tec Brasil
32
Sistemas Operacionais
toda a execução de um programa (do início ao fim) permitindo detectar erros
em sua lógica. Este utilitário oferece recursos, tais como:
•
Acompanhar a execução de um programa, linha a linha de código.
•
Permitir a alteração e visualização do conteúdo de variáveis.
•
Definir pontos de parada dentro do programa (conhecidos como breakpoints), permitindo que durante a execução do programa o mesmo pare
nestes pontos.
Resumo
Nessa aula, foi possível entender um pouco mais sobre os principais conceitos
relacionados a hardware e software e como estes são importantes em um
projeto de sistemas operacionais. É justamente a ligação entre o hardware
e o software que permite aos sistemas operacionais oferecer uma grande
quantidade de opções de recursos aos usuários. Em nossa próxima aula,
falaremos sobre a estrutura do sistema operacional e seus principais recursos.
Atividades de aprendizagem
1. Um sistema computacional é formado em sua essência por três subsistemas
básicos. Cite e explique a função deles junto ao SO.
2. Descreva a diferença e as características entre os tipos de memória do tipo
registradores, cache, RAM e secundária.
3. Cite três dispositivos de entrada e três de saída que você conhece, descrevendo as características principais de cada um deles.
4. Diferencie: tradutor, interpretador, compilador, linker, loader e depurador.
Aula 2 - Conceitos de hardware e software
33
e-Tec Brasil
Aula 3 – Estrutura do sistema operacional
Objetivos
Conhecer as principais funções que compõem um sistema operacional.
Entender a estrutura de um sistema operacional.
Ter um entendimento das principais técnicas utilizadas nos sistemas
operacionais.
3.1 Considerações iniciais
Nessa aula, conheceremos a estrutura que compõe um sistema operacional
em detalhes. Ao longo do texto você vai entender as funções do núcleo do
sistema, os modos de acesso ao kernel, às rotinas do sistema operacional e as
chamadas do sistema, além dos conceitos de interrupções, exceções, DMA,
buffering, spooling e reentrância de dados.
3.2 Funções do núcleo
Compreender a estrutura de um sistema operacional, bem como, seu funcionamento não é uma tarefa trivial, uma vez que as rotinas do sistema operacional
são executadas concorrentemente sem uma ordem pré-definida, com base
em eventos assíncronos. Muitos desses eventos referem-se ao hardware e
tarefas internas do próprio sistema operacional.
As principais funções do núcleo do sistema operacional são:
•
Tratamento de interrupções e exceções.
•
Criação e eliminação de processos.
•
Sincronização e comunicação entre processos.
•
Escalonamento e controle de processos.
•
Gerência de memória.
Aula 3 - Estrutura do sistema operacional
35
e-Tec Brasil
•
Gerência do sistema de arquivos.
•
Gerência dos dispositivos de entrada e saída.
•
Suporte a redes locais de computadores.
•
Contabilização do uso do sistema.
•
Auditoria e segurança do sistema.
3.3 Modo de acesso
Um problema recorrente nos projetos de sistemas operacionais, é a implementação de mecanismos de segurança que garantam o funcionamento e
proteção ao núcleo do sistema e seus serviços. Caso uma aplicação qualquer
possua acesso ao núcleo do sistema e realize uma alteração que afete sua
integridade, todo o sistema operacional poderá ficar comprometido.
Para garantir a operação apropriada, é necessário proteger o sistema operacional
e todos os outros programas e dados de qualquer programa que esteja com
erro. A proteção é necessária para qualquer recurso compartilhado. Assim,
são necessárias duas modalidades especiais de operação:
•
A modalidade de usuário.
•
A modalidade de monitor (também chamada de modalidade supervisor,
do sistema ou privilegiada).
Um bit, chamado bit de modalidade, é adicionado ao hardware do computador
para indicar a modalidade corrente:
•
Monitor (0).
•
Usuário (1).
Dessa forma, podemos identificar se uma tarefa é do sistema operacional ou
do usuário em questão.
e-Tec Brasil
36
Sistemas Operacionais
3.4 Rotinas do sistema operacional e
system calls
As rotinas do sistema operacional são parte integrante do núcleo do sistema e
oferecem serviços aos usuários e suas aplicações. Todas as funções pertencentes
ao núcleo são desempenhadas através de rotinas do sistema, com códigos de
instruções privilegiadas. Partindo desta condição, para que as rotinas possam
ser executadas a CPU deve estar obrigatoriamente em modo kernel, o que
necessita a implementação de mecanismos de proteção que garantam a
confiabilidade do sistema.
O controle de execução de rotinas do SO realiza-se pelas system calls, ou
chamadas do sistema. Toda a vez que uma aplicação deseja chamar uma rotina
do sistema operacional o system call (mecanismo) é ativado. Caso a aplicação
possua os privilégios necessários para chamar a rotina do sistema desejada, o
sistema operacional iniciará uma série de passos a serem realizados, conforme
podemos visualizar na Figura 3.1.
Figura 3.1: Chamada a uma rotina do sistema
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Ao chamar uma rotina do sistema, o sistema operacional salva o conteúdo
atual dos registradores, realiza a troca do modo de acesso da CPU de usuário
Aula 3 - Estrutura do sistema operacional
37
e-Tec Brasil
para kernel e faz o desvio para a rotina modificando o registrador PC com
o endereço da rotina chamada. Ao término da execução da rotina junto ao
sistema, o modo de acesso é modificado de kernel para usuário e o contexto
dos registradores é restaurado para que a aplicação possa continuar a execução
a partir da instrução que chamou a rotina do sistema.
Os mecanismos de system call e de proteção por hardware garantem a segurança
e a integridade do sistema. Dessa forma, as aplicações ficam impedidas de
executarem instruções privilegiadas sem a devida autorização e a supervisão
do sistema operacional.
3.5 Operação do sistema de computação
Conhecer a estrutura dos sistemas de computação é item primordial antes
que possamos explorar os detalhes de seu funcionamento. Os itens básicos
contemplam:
•
Inicialização do sistema.
•
Entrada e saída (input/output – I/O).
•
Armazenamento.
Um moderno sistema de computação de uso geral compõe-se basicamente
de: um processador (CPU), controladores de dispositivos e um bus comum.
Processadores e controladores de dispositivos podem operar concorrentemente,
competindo por ciclos de memória. Para que um computador possa entrar
em funcionamento (ligar) ou reiniciar é preciso basicamente de:
•
Um programa bootstrap (responsável por inicializar todos os aspectos do
sistema, como registradores, controladores, entre outros. Este programa
é armazenado na memória ROM do tipo firmware).
•
Ocorrência de eventos (interrupção proveniente tanto do hardware como
do software).
O sistema operacional espera que interrupções ocorram para a execução de
processos, dispositivos de I/O para servir e a usuários a quem responder.
e-Tec Brasil
38
Sistemas Operacionais
3.6 Interrupções e exceções
Enquanto um programa é executado, podem ocorrer alguns eventos inesperados, ocasionando um desvio forçado do seu fluxo de execução. A estes
eventos, denomina-se de interrupção ou exceção. Tanto a interrupção como a
exceção podem ocorrer em consequência da sinalização de algum dispositivo
de hardware externo à CPU ou da execução de instruções do próprio programa.
Uma interrupção é sempre causada por um evento externo ao programa que
está em execução, ou seja, independe da instrução que está sendo executada.
Um exemplo de interrupção é quando um dispositivo de hardware avisa ao
processador que alguma operação de E/S está completa. Neste caso, a CPU
deve interromper suas atividades atuais no programa em execução para
tratar o término da operação de E/S. A Figura 3.2, demonstra o mecanismo
de interrupção e exceção de forma ilustrativa.
Figura 3.2: Mecanismo de interrupção e exceção
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
As interrupções provêm de eventos assíncronos, ou seja, não estão relacionadas
à instrução do programa corrente. Isto permite a ocorrência de múltiplas
interrupções simultâneas. Uma interrupção é um evento tratável pelo sistema
operacional.
Aula 3 - Estrutura do sistema operacional
39
e-Tec Brasil
Uma exceção é bastante semelhante a uma interrupção, sendo o que diferencia
uma da outra é o motivo pelo qual o evento é gerado. Uma exceção pode
ocorrer através de uma instrução do próprio software, como por exemplo, a
divisão de um número por zero, entre outros. A exceção diferentemente da
interrupção é gerada por um evento síncrono (resultado direto da execução
do programa corrente).
Na grande maioria das vezes, uma exceção provoca um erro fatal no sistema,
causando o término anormal do programa. Recomenda-se que a exceção
deve ser tratada dentro do próprio programa, com instruções escritas pelo
programador.
Da mesma forma que na interrupção, sempre que uma exceção é gerada
o programa em execução é interrompido e o controle é desviado para uma
rotina de tratamento de exceção. Para cada tipo de exceção existe uma rotina
de tratamento adequada, para a qual o fluxo de execução deve ser desviado.
3.7 Estrutura de acesso direto à memória (DMA)
Para entendermos como funciona o Acesso Direto à Memória (Direct Access
Memory – DMA), vamos imaginar o seguinte cenário, que ocorre nos sistemas
operacionais atuais.
Os processos denominados “lentos” têm uma prioridade baixa de interrupção
para entrada e saída assíncronos, como por exemplo, a leitura de caracteres de
um terminal, permitindo assim que outras interrupções mais importantes sejam
processadas em primeiro lugar. Entretanto, um dispositivo de alta velocidade
como disco ou uma rede de comunicação é capaz de transmitir informações
próximas às velocidades das memórias.
Nestes casos, o sistema operacional faz uso do acesso direto à memória para
dispositivos de entrada e saída de alta velocidade. Nesta técnica, o controlador
de dispositivos transfere um bloco inteiro de dados diretamente da memória para seu próprio buffer ou a partir dele para a memória, sem qualquer
intervenção da CPU. Assim, somente uma interrupção é gerada por bloco,
em vez de uma interrupção por byte (ou palavra) gerada por dispositivos de
baixa velocidade.
e-Tec Brasil
40
Sistemas Operacionais
3.8 Buffering
A técnica denominada de buffering consiste em utilizar uma área de memória
principal, chamada buffer, criada e mantida pelo sistema operacional. Possui
a finalidade de auxiliar a transferência de dados entre dispositivos de E/S e
a memória. O buffer permite minimizar a disparidade de velocidade entre o
processador e os dispositivos de E/S e, tem como objetivo principal, manter tanto
os dispositivos de E/S como o processador, ocupados a maior parte do tempo.
O registro é a unidade de transferência do mecanismo de buffering. O buffer
deve comportar o armazenamento de diversos registros, de forma que o
processador tenha à sua disposição dados suficientes para processar sem ter
que interromper o programa a cada leitura/gravação no dispositivo de E/S.
Na Figura 3.3, é possível visualizar como as operações de entrada e saída
utilizam o buffer.
Figura 3.3: Operação de entrada e saída utilizando buffer
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
3.9 Spooling
A técnica de spooling foi criada inicialmente para auxiliar a submissão de
processos ao sistema, sendo os processos gravados em fita para posterior leitura
e execução. Com o aparecimento dos terminais para acesso ao sistema, esta
técnica teve sua função adaptada para armazenar o resultado da impressão
dos programas em execução.
Isto é possível através da criação e manutenção, pelo sistema operacional
de uma grande área em disco, com a finalidade de simular uma impressora.
Assim, os usuários e seus programas imprimem, na verdade, para este arquivo
em disco, liberando a associação dos dispositivos de impressão diretamente
aos programas que estão executando.
Aula 3 - Estrutura do sistema operacional
41
e-Tec Brasil
A Figura 3.4 demonstra a técnica de spooling de modo simplificado.
Figura 3.4: Técnica de spooling
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
3.10 Reentrância
Em sistemas multiprogramáveis, é normal que vários usuários utilizem os
mesmos aplicativos simultaneamente, como editores de texto, compiladores,
entre outros utilitários.
Nestes casos, se cada usuário que fosse utilizar um destes aplicativos trouxesse
o código executável para a memória haveria então diversas cópias de um
mesmo programa ocupando espaço na memória, o que causaria um grande
desperdício de espaço.
A reentrância é a capacidade de um código executável (código reentrante) ser
compartilhado por vários usuários, exigindo apenas uma cópia do programa
em memória. Esta técnica permite que cada usuário esteja executando um
trecho diferente do código reentrante, manipulando dados próprios, exclusivos
de cada usuário.
Assim, a reentrância tem como objetivo geral promover o uso mais eficiente
da memória e um desempenho maior do sistema. A Figura 3.5, ilustra o
cenário da reentrância.
e-Tec Brasil
42
Sistemas Operacionais
Figura 3.5: Reentrância
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Resumo
Nessa aula, vimos em detalhes os principais recursos e funções que dão
sustentação aos sistemas operacionais. A estrutura do sistema operacional é
um capítulo crucial para um bom entendimento de como as ações são realizadas internamente no sistema. Para fixar o conteúdo visto em cada aula, é
importante que você realize os exercícios de aprendizagem. Em nossa próxima
aula, falaremos sobre o gerenciamento de processos no sistema operacional.
Atividades de aprendizagem
1. Cite cinco funções do núcleo do sistema operacional.
2. Quais são os modos de acesso (interno) ao sistema operacional existente e por que eles são fundamentais ao bom funcionamento do sistema
operacional?
3. Quais são os itens básicos para operação de um sistema computacional?
4. Cite e conceitue: DMA, buffering, spooling e reentrância.
Aula 3 - Estrutura do sistema operacional
43
e-Tec Brasil
Aula 4 – Gerenciamento de processos
Objetivos
Entender o conceito de processos e sua função junto ao sistema
operacional.
Conhecer seu ciclo de vida e atividades que desempenham.
Mostrar os recursos de hardware e software associados aos processos.
4.1 Considerações iniciais
O gerenciamento de processos é parte fundamental para o entendimento dos
sistemas operacionais em sua essência. Estudaremos nessa aula o que são os
processos, como funcionam, como são gerenciados pelo sistema operacional
junto aos recursos de hardware, juntamente com o seu ciclo de vida junto
ao sistema.
4.2 O que é um processo?
Podemos definir um processo em sistemas operacionais como um programa em
execução. Mas, não podemos confundir processo com um programa (software)
instalado em nosso computador. Um programa é uma entidade passiva, assim
como o conteúdo armazenado no disco rígido de nossos computadores.
Enquanto que um processo é uma entidade ativa, ou seja, algo que entrou em
execução e que possui um conjunto de recursos associados a ele. Um sistema
operacional é constituído, portanto, por uma coleção de processos, que se
subdividem em processos do sistema operacional e processos de usuário.
4.3 Estrutura do processo
Considerando os sistemas multiusuários, cada usuário do sistema tem seu
programa associado a um processo. Nestes sistemas, o usuário ao executar
seu programa tem a impressão que todos os recursos do computador estão
disponíveis somente àquele programa. De fato, isto não é verdade, uma vez
que todos os recursos estão sendo compartilhados inclusive o processador.
Aula 4 - Gerenciamento de processos
45
e-Tec Brasil
Para dar conta das tarefas associadas a um processo, o processador executa o
programa de usuário durante um intervalo de tempo estabelecido, mudando
de processo para atender aos demais.
Um processo é formado em sua essência por três partes, sendo eles: contexto
de hardware, contexto de software e espaço de endereçamento, conforme
pode ser visualizado na Figura 4.1. Estas três partes são responsáveis por
manter todas as informações necessárias à execução de um programa.
Figura 4.1: Estrutura de um processo
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
4.3.1 Contexto de hardware
O contexto de hardware, relativo a um processo, armazena informações
sobre: registradores gerais do processador, registradores de uso específico
como o contador de programa (PC – Program Counter), Stack Pointer (SP) e
registrador de status.
Estes são fundamentais para a implementação de sistemas multiprogramáveis,
onde os processos precisam alternar na utilização do processador, podendo ter
sua execução interrompida (mudança de contexto) e posteriormente restaurada.
4.3.2 Contexto de software
O contexto de software de um processo é composto por três grupos de
informações, que são: identificação, quotas e privilégios.
e-Tec Brasil
46
Sistemas Operacionais
4.3.2.1 Identificação
Para que um processo seja identificado junto ao sistema operacional utiliza-se
um número, chamado de identificação do processo (PID – Process Identification). É através deste número que o sistema operacional e outros processos
podem fazer referência a este processo. Além do PID, alguns sistemas fazem
a identificação de um processo pelo seu nome.
4.3.2.2 Quotas
Representam os limites de cada recurso existente no sistema que um processo pode alocar. São exemplos de quotas existentes nos principais sistemas
operacionais usuais: número máximo de arquivos abertos simultaneamente;
tamanho máximo de memória que o processo pode alocar; número máximo
de operações de entrada e saída; número máximo de processos, subprocessos
e threads que podem ser criados.
4.3.2.3 Privilégios
Os privilégios definem basicamente o que um processo pode fazer frente ao
sistema operacional, aos demais processos ou a ele mesmo. Estes privilégios
variam baseados onde serão aplicados. Em geral, nos sistemas operacionais
os privilégios estão associados a uma conta que fornece poderes totais para
que um usuário específico possa fazer as alterações que necessitar. Este
usuário com privilégios totais do sistema é chamado de “root” nos sistemas
operacionais Linux e “administrador” nos sistemas operacionais Windows.
Na Figura 4.2, é apresentada uma ilustração que resume as características da
estrutura de um processo, em cada uma das três divisões principais: contexto
de hardware, contexto de software e espaço de endereçamento.
Aula 4 - Gerenciamento de processos
47
e-Tec Brasil
Figura 4.2: Características da estrutura de um processo
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
4.3.3 Estados do processo
Um processo muda de estado durante a sua execução. Assim o estado de
um processo é definido em parte pela sua atividade em curso. Cada processo
pode estar em cada um dos seguintes estados:
e-Tec Brasil
•
Novo – o processo está sendo criado.
•
Execução – as instruções estão sendo executadas.
•
Espera – o processo está esperando pela ocorrência de algum evento
(como um término de I/O).
•
Pronto – o processo está esperando para ser designado a um processador.
•
Terminado – o processo terminou a sua execução.
48
Sistemas Operacionais
4.3.4 Bloco de controle de processo
Cada processo presente no sistema operacional é representado por um bloco
de controle de processo. Este contém muitas informações associadas ao
processo específico, incluindo as seguintes:
•
Estado do processo.
•
Nome do processo.
•
Prioridade do processo.
•
Contador de programa.
•
Registradores da CPU.
•
Informação de gerenciamento da memória.
•
Informação de contabilização.
•
Informação de estado de I/O.
O PCB (Bloco de Controle de Processo) tem a função de repositório para
qualquer informação que possa variar de um processo para outro.
Os PCBs de todos os processos ativos no sistema operacional residem na
memória principal em uma área exclusiva para os mesmos. O tamanho desta
área, na maioria das vezes é limitado por um parâmetro do sistema operacional,
que define a quantidade máxima de processos que podem ser suportados de
forma simultânea pelo sistema.
É possível visualizar os
processos em execução no
sistema operacional Windows,
através do Prompt de comando,
digitando o comando “tasklist”.
No sistema operacional Linux é
possível visualizar os processos
atuais através do Terminal
de comandos, digitando o
comando “ps-aux”.
A gerência dos processos junto ao sistema operacional é realizada através
de chamadas às rotinas do sistema, que realizam operações como: criação
de processos, alteração, visualização, eliminação, sincronização, suspensão,
entre outras.
Resumo
Nessa aula, vimos o que é um processo, sua estrutura, os contextos de hardware
e software associados aos processos, os estados que o mesmo pode estar
durante seu ciclo de vida, bem como, o bloco de controle de processos e suas
Aula 4 - Gerenciamento de processos
49
e-Tec Brasil
informações. Para fixar o conteúdo visto em cada aula, é importante que você
realize os exercícios de aprendizagem. Em nossa próxima aula, falaremos sobre
o gerenciamento de memória.
Atividades de aprendizagem
1. Cite com suas palavras o que é um processo e sua importância para o
sistema operacional.
2. Considerando a estrutura de um processo, diferencie o contexto de hardware
e o contexto de software.
3. Cite e explique cada um dos estados de um processo.
4. Qual a função do PCB e porquê ele é fundamental junto aos processos?
5. Faça uma pesquisa na internet, sobre como podemos visualizar os processos
correntes nos sistemas operacionais Windows e Linux e quais comandos
podem ser utilizados para parar um processo e eliminá-lo do sistema.
e-Tec Brasil
50
Sistemas Operacionais
Aula 5 – Gerenciamento de memória
Objetivos
Entender como o sistema operacional gerencia a memória.
Conhecer as principais técnicas para alocação de memória.
Visualizar a importância da utilização da memória nos sistemas
computacionais.
5.1 Considerações iniciais
A memória principal existente nos computadores, sempre foi vista como
um recurso caro e escasso. Apesar deste conceito ter mudado nos últimos
anos, utilizar a memória principal de maneira mais otimizada possível é fator
fundamental para o sucesso dos sistemas operacionais. Abordaremos nessa
aula as principais técnicas para gerenciamento de memória pelos sistemas
operacionais atuais.
5.2 Funções básicas da memória
A memória principal do computador tem como função, geral e generalista,
alocar os programas que estão sendo executados pelo sistema operacional
em determinado momento. Na memória principal residem (por certo período
de tempo) os processos que estão em execução, tanto do sistema operacional
(necessários para manter o sistema operacional em funcionamento) quanto
dos usuários (programas em execução pelo usuário).
Podemos caracterizar a memória principal, com as seguintes características:
•
Recurso caro e escasso (apesar de ter seu valor bem mais acessível do que
a tempos atrás).
•
Programas só executam se estiverem na memória principal.
•
Quanto mais processos estiverem na memória principal, melhor será o
compartilhamento do processador.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
51
e-Tec Brasil
•
Necessidade de uso otimizado.
•
O sistema operacional não deve ocupar muita memória.
•
A gerência de memória caracteriza-se como um dos fatores mais importantes em um projeto de sistemas operacionais.
De uma forma geral, os programas são armazenados na memória secundária,
para que possam ser acessados sempre que necessário. Entende-se como
memória secundária os discos rígidos, pen drives, CDs, DVDs, entre outros.
Estes dispositivos possuem geralmente um bom espaço de armazenamento
e preços reduzidos se comparados a memória principal do computador, além
de armazenar os dados de forma não-volátil, ou seja, estes dados não se
apagam depois que o computador é desligado.
Entretanto, o processador somente executa programas (instruções) que estiverem
na memória principal, sendo necessário transferir os programas da memória
secundária para a memória principal, antes de serem executados.
Considerando que o tempo de acesso à memória secundária é muito maior
que à memória principal, o sistema operacional buscará reduzir o número de
operações de entrada e saída à memória secundária, mantendo na memória
principal o maior número possível, evitando problemas de desempenho do
sistema.
Mesmo, muitas vezes, sem ter espaço livre em memória principal, o sistema
operacional deve prover que novos processos sejam aceitos e executados normalmente. Isto é possível através da transferência de programas em memória
principal para a memória secundária, liberando, neste caso, espaço para que
novos processos sejam executados. Para este procedimento denominamos
de swapping.
Outro problema relacionado à memória que está no contexto da gerência de
memória está em permitir a execução de programas que sejam maiores que
a memória física disponível, utilizando para isso técnicas como o overlay e
a memória virtual.
Veremos, a partir de agora, algumas técnicas utilizadas pelo sistema operacional
para gerenciamento de memória, confira!
e-Tec Brasil
52
Sistemas Operacionais
5.3 Técnicas de gerenciamento de memória
Por ser tratada como fundamental a um sistema operacional, a utilização de
técnicas de gerenciamento de memória, torna-se necessária em ambientes
multiprogramáveis, permitindo que as necessidades dos programas sejam
atendidas pelo sistema operacional, em um tempo estimado, sem comprometer
o desempenho, segurança e permitindo o compartilhamento de recursos do
sistema. Conheceremos, agora, as principais técnicas de gerenciamento de
memória e como funcionam junto ao SO.
5.3.1 Alocação contígua simples
Este tipo de alocação era implementada nos primeiros sistemas operacionais
e ainda é encontrada em sistemas monoprogramáveis. Esta técnica consiste
em dividir a memória principal em duas áreas:
•
Área do sistema operacional.
•
Área do usuário.
Nesta técnica, um usuário não pode usar uma área maior do que a disponível
(para execução de seus programas).
Um dos grandes problemas da alocação contígua simples é que um programa
de usuário pode acessar a área do sistema operacional, ocasionando diversos problemas (uma vez que o usuário tem controle total sobre a memória,
podendo ter acesso a qualquer posição). Para evitar tal problema, alguns
sistemas implementam proteção através de registradores que limitam as
áreas do sistema operacional e do usuário. Assim, cada vez que um usuário
precisa, através de seus programas, acessar uma área de memória, o sistema
operacional faz a consulta para saber se os espaços disponíveis (endereços
de memória) estão dentro dos limites permitidos. A Figura 5.1 mostra um
exemplo de alocação contígua simples com o uso de registradores, confira.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
53
e-Tec Brasil
Figura 5.1: Alocação contígua simples
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Outro agravante desta técnica está no fato de que ela não permite uma
utilização eficiente dos recursos computacionais, uma vez que somente um
usuário pode dispor dos recursos. Se o programa do mesmo não preencher
totalmente o espaço existente em memória, haverá um espaço livre sem
utilização.
5.3.1.1 Técnica de overlay
A técnica de overlay visa resolver (em partes) o problema ocasionado pelo
desperdício de espaço em memória da técnica anterior (alocação contígua de
memória). Para resolver tal problema a técnica de overlay, propõe o compartilhamento de áreas de memória livres, através de programas independentes,
fazendo com que permaneça na memória principal somente o módulo principal
de um programa.
Tomamos como exemplo o seguinte cenário: imagine um programa composto
por três módulos (um principal, um de cadastro de clientes e outro de impressão).
Considere neste exemplo que os módulos de cadastro de clientes e impressão
são independentes. Isso significa dizer que quando um dos módulos está em
memória, o outro não precisa necessariamente estar lá. Já o módulo principal
deve permanecer em memória o tempo todo, pois é comum aos dois módulos
do sistema. A técnica de overlay neste caso utiliza uma única área de memória
onde os módulos independentes podem compartilhar deste mesmo espaço.
A Figura 5.2, mostra um exemplo de tal técnica.
e-Tec Brasil
54
Sistemas Operacionais
Figura 5.2: Técnica de overlay
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
A vantagem da técnica de overlay está no fato de permitir ao programador
aumentar os limites da memória principal.
5.3.2 Alocação particionada
Com a evolução dos sistemas operacionais (dos monoprogramáveis para os
multiprogramáveis) tornou-se necessário um melhor aproveitamento dos
recursos disponíveis. Tornar eficiente o uso do processador e garantir que o
maior número possível de programas estivessem em memória, eram alguns dos
desafios que novas técnicas de gerenciamento de memória deveriam prover.
5.3.2.1 Alocação particionada estática
A alocação particionada estática ou fixa, tinha como objetivo dividir a memória
em pedaços de tamanho fixo, chamados de partições. O tamanho de cada
partição era estabelecido na inicialização do sistema operacional e calculado
segundo o tamanho dos programas que executariam no ambiente. Sempre que
fosse necessária alguma alteração do particionamento previamente alocado,
uma nova inicialização era realizada com uma nova configuração.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
55
e-Tec Brasil
Figura 5.3: Alocação particionada estática
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Outra variante deste tipo de alocação chama-se alocação particionada estática
absoluta. Esta técnica recebe este nome, pois os programas neste caso, somente
podiam ser carregados e posteriormente executados em apenas uma partição
específica, independente se outras partições estivessem disponíveis. No código
absoluto (gerado pelos compiladores e montadores) as referências a endereços
de programa apontam para posições físicas na memória principal, fazendo
com que o programa só possa ser executado na posição em que foi destinado.
Uma evolução da alocação particionada estática absoluta chama-se alocação
particionada estática relocável. Neste tipo de particionamento todas as
referências a endereços no programa são referentes ao início do código e não
a endereços físicos de memória, permitindo aos programas serem executados
a partir de qualquer partição.
Um problema ocasionado pelo uso de partições fixas, como é o caso das
alocações particionadas estática absoluta e relocável, é o fato de que ambas
terão problema com a fragmentação interna, que nada mais é do que o
espaço livre que sobra devido ao tamanho do programa ser menor que o
tamanho disponível para sua execução, sendo este espaço livre desperdiçado.
5.3.2.2 Alocação particionada dinâmica
A alocação particionada estática mostrada anteriormente apresentava um
problema fundamental que era a fragmentação interna, devido a sua forma de
e-Tec Brasil
56
Sistemas Operacionais
alocação de espaço (de forma fixa). Era necessário então criar novas técnicas
para esta alocação que permitisse um melhor aproveitamento destes espaços.
Pensando em sanar tal problema, a alocação particionada dinâmica surgiu
com a ideia de eliminar o conceito de partições de tamanho fixo. Assim, cada
programa utilizaria seu próprio espaço em memória, fazendo de sua dimensão
o tamanho de sua partição. Neste esquema, como cada programa utilizaria sua
própria dimensão, não teríamos mais o problema da fragmentação interna.
Figura 5.4: Alocação particionada dinâmica
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Entretanto, existe um problema neste tipo de alocação que talvez não seja
tão visível, porém preocupante, estamos falando da fragmentação externa.
Este problema ocorre quando os programas que foram alocados em memória
principal, começam a terminar sua execução, deixando espaços de memória
entre programas, de forma que estes espaços são menores que os tamanhos
necessários aos programas que serão carregados para a memória. O problema
disso é que mesmo tendo espaços de memória disponíveis, não é possível
alocar um espaço para o próximo processo, conforme podemos visualizar na
demonstração da Figura 5.5.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
57
e-Tec Brasil
Figura 5.5: Fragmentação externa
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Para resolver o problema da fragmentação externa existem duas situações
principais. A primeira é que conforme os programas vão encerrando sua
execução, os espaços adjacentes podem ser unidos, como forma de ter maior
espaço disponível para alocação de um programa. A outra alternativa seria
compactar os programas em execução um ao lado do outro e juntar os espaços de memória livres, a este processo denominados de relocação dinâmica.
Entretanto a relocação dinâmica tem seus custos computacionais, ou seja,
esta técnica além de possuir um algoritmo complexo, demandaria consumo
de diversos recursos do sistema, como por exemplo, processador e área em
disco, o que podem torná-lo inviável em determinados casos.
5.3.3 Estratégias de alocação de partição
Para que o sistema operacional possa gerenciar a memória principal da melhor
forma possível, são usadas basicamente três estratégias. Estas visam evitar ou
diminuir o problema da fragmentação externa. Geralmente a estratégia leva
em conta o tamanho do programa que será executado.
Vamos conhecer agora como funcionam (basicamente) as estratégias de
alocação de partição.
e-Tec Brasil
58
Sistemas Operacionais
5.3.3.1 Best-fit
Conhecida como “melhor alocação”, esta estratégia de alocação, procura
solicitar o menor espaço em memória disponível suficiente para o tamanho do
programa a ser alocado. Este algoritmo ordena as áreas de memória disponíveis
pelo tamanho da mesma, diminuindo o tempo de resposta em buscar um
espaço específico. A desvantagem deste algoritmo é a fragmentação.
5.3.3.2 Worst-fit
Na estratégia worst-fit é escolhido o maior espaço disponível em memória
principal. Apesar de selecionar os maiores espaços em memória, esta estratégia
deixa espaços livres maiores, permitindo que um maior número de programas
possa utilizar a memória, fazendo com que a fragmentação diminua.
5.3.3.3 First-fit
Como o próprio nome sugere, o primeiro espaço de memória com espaço
suficiente para alocar o programa é selecionado. Esta estratégia consome
menos recursos do sistema, pois o seu algoritmo organiza as áreas de memória
por tamanho, sendo bastante provável que encontre a área procurada com
rapidez. Um esquema, mostrando de forma visual o funcionamento das
estratégias, pode ser visualizado na Figura 5.6.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
59
e-Tec Brasil
Figura 5.6: Estratégias para alocação de partição
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
5.3.4 Swapping
O swapping surgiu com a intenção de resolver problemas que as diversas
técnicas de alocação de memória não conseguiram. O principal deles é que
mesmo com o gerenciamento de memória presente nos sistemas operacionais
multiprogramáveis, muitas vezes um programa não era executado por falta
de espaço livre. É justamente neste ponto que entra o swapping. A técnica
de swapping consiste em utilizar um espaço em disco rígido como memória
virtual. Para que este recurso seja possível, o sistema escolhe um processo
residente (programa em memória principal) que é transferido da mesma para
a memória secundária (memória virtual – espaço em disco). Para este processo
de troca (memória principal/memória virtual) denominamos de swap-out.
Posteriormente, o processo é carregado de volta (do disco para a memória
principal) para que possa ser executado. Para este processo de troca, chamamos
de swap-in. Para escolher o programa que deve deixar a memória principal e
ir para a memória secundária (memória virtual) o sistema deve selecionar os
programas com a menor probabilidade de serem executados num instante
e-Tec Brasil
60
Sistemas Operacionais
próximo, para evitar assim o swapping desnecessário. Por outro lado, somente
os programas em memória principal podem ser executados pelo processador,
portanto, programas prestes a serem executados necessitam obrigatoriamente
estarem na memória principal.
Assim, a técnica de swapping permite um maior compartilhamento da memória
principal (RAM) e uma melhor utilização dos recursos do sistema computacional.
O maior problema enfrentado pelo sistema ao ter que realizar o swapping
é o elevado número de operações de entrada e saída. Estes trabalham com
velocidades de acesso à leitura e escrita completamente diferentes (em comparação à memória principal e memória secundária), sendo que quanto mais se
utiliza a memória virtual, maior o impacto causado ao pleno funcionamento do
sistema operacional (podendo o sistema deixar de realizar tarefas ou impedir
a execução de outros processos). A esta situação denominados de trashing,
considerada um problema crítico quanto ao gerenciamento de memória nos
sistemas operacionais modernos.
Resumo
Nessa aula, vimos como o gerenciamento de memória é fundamental para
que o sistema operacional possa executar suas tarefas de maneira eficiente.
Foi possível conhecer também as principais técnicas utilizadas para a alocação
e gerenciamento de memória pelo sistema operacional. Para fixar o conteúdo
visto em cada aula, é importante que você realize os exercícios de aprendizagem. Em nossa próxima aula, falaremos sobre o gerenciamento de arquivos.
Atividades de aprendizagem
1. Cite e explique três funções básicas da memória principal.
2. Diferencie alocação contígua simples de alocação particionada estática
e dinâmica.
3. Diferencie as estratégias de alocação: best-fit, worst-fit e first-fit.
4. Descreva o que é swapping.
5. Diferencie fragmentação interna e fragmentação externa.
Aula 5 - Gerenciamento de memória
61
e-Tec Brasil
Aula 6 – Gerenciamento de arquivos
Objetivos
Apresentar as principais técnicas de gerenciamento de arquivos e
diretórios.
Entender o processo de organização de arquivos e diretórios.
Compreender as principais técnicas de alocação utilizadas no gerenciamento de arquivos e diretórios.
6.1 Considerações iniciais
Nessa aula falaremos sobre os sistemas de arquivos existentes nos sistemas
operacionais. Os arquivos são gerenciados pelo sistema operacional de forma
a facilitar seu uso pelos usuários. O sistema de arquivos (parte do SO que
faz a gerência dos arquivos) caracteriza-se como a parte mais visível de um
sistema operacional, uma vez que os usuários manipulam arquivos a todo
instante. Abordaremos, nessa aula, as principais formas para organização de
arquivos, métodos de acesso, bem como, as principais técnicas de alocação.
6.2 Arquivos
Podemos caracterizar um arquivo como um conjunto de informações logicamente relacionadas que podem ser armazenados em diferentes dispositivos
físicos e podem representar programas ou dados. Basicamente um arquivo
pode conter informações entendíveis pelo processador (executável) ou conter
dados manipulados por nós, seres humanos (arquivos de dados), além de
outros tipos de informações diversas (diferentes tipos de arquivos e extensões).
Os arquivos são armazenados em diferentes dispositivos como: discos rígidos,
discos externos, discos ópticos, pen drives, entre outros. Independente do
dispositivo onde os arquivos são armazenados, estes devem ser isolados pelo
sistema operacional, para que exista uma independência entre arquivos e o
meio de armazenamento.
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
63
e-Tec Brasil
Em geral os arquivos são identificados por um nome e uma extensão. O nome
identifica o arquivo, enquanto a extensão tem a finalidade de identificar o
conteúdo presente no arquivo. No Quadro 6.1 é possível visualizar alguns
exemplos dos principais tipos de arquivos separados por categorias, confira.
Quadro 6.1: Principais categorias e tipos de arquivos
Categoria
Executável
Áudio
Extensão
Descrição
.exe
Um arquivo executável é um programa em si. O sistema operacional dá
um tratamento especial a este tipo de arquivo, alocando memória para
ao mesmo, por exemplo. Um executável pode instalar um programa em
seu computador ou até mesmo executar um vírus. Também são extensões
executáveis: .bat e .com.
.wav
WAVEForm Audio Format é um formato de representação de áudio digital
sem compactação.
.mp3
Extensão de áudio digital mais difundida. Consegue comprimir o
conteúdo de um arquivo de áudio digital (“.wav”, por exemplo) em até
90 % eliminando frequências repetidas ou imperceptíveis ao ouvido
humano.
.wma
Formato equivalente ao MP3, criado pela Microsoft e que ganhou espaço
pela compatibilidade com o Windows Media Player (software popular
para reprodução de áudio e vídeo digitais e que é distribuído junto com
o MS Windows).
.aac
Criado pela Apple a fim de concorrer diretamente com o MP3 e o WMA,
visando superá-los em qualidade sem aumentar demasiadamente o
tamanho dos arquivos. Pode ser reproduzido em iPods e similares, além
de players de mídia para computador. É um formato muito utilizado em
lojas digitais que comercializam músicas pela internet.
.avi
Abreviação de Audio Video Interleave é um formato de vídeo criado pela
Microsoft que combina trilhas de áudio e vídeo, podendo ser reproduzido
na maioria dos players de mídia e aparelhos de DVD. Está atualmente
associado ao codec de vídeo DivX que permite uma alta compressão.
.mpg
Um dos padrões de compressão de áudio e vídeo de hoje, criado pelo
Moving Picture Experts Group, origem do nome da extensão. É possível
encontrar diversas taxas de qualidade neste formato.
.mov
Formato de mídia utilizado pelo player QuickTime (Apple).
.bmp
O mapa de bits (bitmap) é um dos formatos de imagem mais conhecidos.
Apresenta uma imagem em sua forma mais crua, sem perdas e
compressões, em função disso o tamanho das imagens é maior do que
em outros formatos.
.gif
Graphics Interchange Format é um formato de imagem semelhante ao
BMP, mas que foi amplamente difundido com a internet. É encontrado
em imagens de sites, programas de conversação e muitos outros. O maior
diferencial do GIF é o fato de permitir pequenas animações com imagens
sequenciais assim como o fundo transparente.
Vídeo
Imagens
.jpg ou .jpeg
.png
e-Tec Brasil
64
Joint Photographic Experts Group é a origem da sigla, é um formato
de imagem que utiliza compressão de dados. A compactação agrega
blocos de 8 × 8 bits, tornando o arquivo final muito mais leve que em
um bitmap.
Este formato surgiu em sua época pelo fato dos algoritmos utilizados
pelo GIF serem patenteados, encarecendo a utilização daquele formato.
Também permite animações e fundo transparente.
Sistemas Operacionais
Compactadores
(compressão de
arquivos)
.zip
.zip é a extensão do famoso compactador Winzip.
.rar
Este é o segundo formato mais utilizado de compactação, tido por muitos
como superior ao zip.
.txt
Refere-se aos arquivos de texto simples. São extremamente leves e
podem ser visualizados por qualquer sistema operacional.
.doc ou .docx
Documentos
Denomina a extensão utilizada pelo editor de textos MS Word.
.xls ou .xlsx
Extensão padrão das planilhas eletrônicas produzidas pelo MS Excel.
.ppt ou .pptx
Extensões dos arquivos gerados pelo MS PowerPoint, aplicativo que
permite a criação de apresentações de slides.
.pdf
Formato criado pela Adobe e considerado um dos padrões para proteção
e portabilidade de documentos. Há inúmeros softwares com capacidade
para leitura de tais documentos.
.rtf
Rich Text Format ou Formato Rico de Texto é um formato de arquivo de
documento desenvolvido pela Microsoft para intercâmbio de documentos
entre diversos aplicativos.
.odf
Open Document Format for Office Applications (ODF) é um formato de
arquivo usado para armazenamento e troca de documentos de escritório,
como textos, planilhas, bases de dados, desenhos e apresentações.
Fonte: Boniati, Preuss, Franciscatto, 2014
6.2.1 Organização de arquivos
A organização de arquivos em um sistema operacional consiste na forma
como os dados são armazenados internamente.
Quando um arquivo é criado pode-se definir que tipo de organização será
adotada podendo ser uma estrutura suportada pelo próprio sistema operacional
ou definida pela aplicação em uso.
Uma das formas mais simples de organização de arquivos é através da sequência
não estruturada de bytes, não havendo nenhuma estrutura lógica para os
dados, onde a aplicação é quem define toda a organização.
Os sistemas operacionais estabelecem diferentes organizações de arquivos
e cada um segue um modelo suportado pelo sistema de arquivos. Neste
contexto, as organizações mais conhecidas e implementadas são: sequencial,
relativa e indexada.
6.2.2 Métodos de acesso
Os métodos de acesso levam em consideração de que forma os arquivos são
organizados no sistema operacional. A partir desta organização o sistema de
arquivos pode recuperar registros de diferentes formas, confira.
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
65
e-Tec Brasil
•
Acesso sequencial – nos primeiros sistemas operacionais o armazenamento de dados se dava através da utilização de fitas magnéticas. Nestas,
o acesso tornava-se restrito à leitura na ordem em que eram gravados,
sendo a gravação de arquivos possível somente no final de cada arquivo.
•
Acesso direto – em decorrência dos discos magnéticos, foi possível a
inserção de métodos de acesso mais eficientes. Um deles é o acesso direto.
Este permite a leitura/gravação de um registro especificamente na sua
posição, através do número de registro. Neste método não existe restrição quanto à ordem em que os registros são lidos ou gravados, sendo
necessário somente o número do registro. O único requisito neste tipo
de acesso é que o mesmo é possível quando o arquivo é definido com
registros de tamanho fixo.
•
Acesso indexado ou por chave – caracteriza-se como um método de
acesso mais sofisticado e tem como base o acesso direto. O arquivo em
questão deve possuir uma área de índice onde existam ponteiros para os
diversos registros. A partir desta informação realiza-se um acesso direto.
6.2.3 Operações de entrada e saída
Elas são vitais para a comunicação entre aplicação e dispositivos. Assim,
poderíamos descrever simplificadamente as operações de entrada e saída em
um sistema operacional.
O sistema de arquivos (abordado anteriormente) oferece um conjunto de
chamadas do sistema (system calls) que permite as aplicações realizarem
operações de entrada e saída (E/S), como por exemplo: tradução de nomes
em endereços, leitura e gravação de dados, criação e eliminação de arquivos,
entre outras rotinas.
Elas (chamadas do sistema) têm como função principal oferecer uma interface
simples e uniforme entre a aplicação que está sendo utilizada e os diversos
dispositivos existentes em um computador.
e-Tec Brasil
66
Sistemas Operacionais
Figura 6.1: Operações de entrada e saída
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
6.2.4 Atributos
Os atributos são informações de controle que dependendo do sistema operacional e do sistema de arquivos podem variar, sendo alguns deles presentes
de forma padrão, tais como: tamanho, criador, proteção, data, entre outros.
Alguns desses atributos (designados na criação do arquivo) não podem ser
mudados, enquanto outros são modificados pelo próprio sistema operacional.
Ainda existem alguns atributos que podem ser alterados pelo usuário, como
proteção, tamanho, senha, etc. No Quadro 6.2, são apresentados alguns dos
principais atributos de arquivos existentes.
Quadro 6.2: Atributos de arquivos
Atributos
Descrição
Tamanho
Especifica o tamanho do arquivo.
Proteção
Código de proteção de acesso.
Dono
Identifica o criador do arquivo.
Criação
Data e hora da criação do arquivo.
Backup
Data e hora do último backup realizado.
Organização
Indica a organização lógica dos registros.
Senha
Senha necessária para acessar o arquivo.
Fonte: Adaptado de Maia, 2007
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
67
e-Tec Brasil
6.3 Diretórios
Os diretórios presentes e criados nos sistemas operacionais são o modo como
o sistema organiza os diferentes arquivos contidos em um disco.
O diretório pode ser descrito como uma estrutura de dados que contém
entradas associadas aos arquivos, onde temos informações como: nome,
localização física, organização, entre outros atributos.
Ao abrir um arquivo, o sistema operacional procura sua entrada na estrutura
de diretórios, armazenando as informações do arquivo em uma tabela que é
mantida na memória principal. Veremos agora, as principais implementações
de estruturas de diretórios, vamos lá:
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•
Nível único (single level directory) – esta implementação é considerada a
mais simples e nesta estrutura existe apenas um único diretório contendo
todos os arquivos do disco. Devido ao seu formato e forma de funcionamento, acaba sendo bastante limitado, uma vez que não permite aos
usuários criarem arquivos com o mesmo nome (causando neste caso um
conflito no acesso aos arquivos).
•
Diretório de arquivos de usuário (User File Directory – UFD) – esta
estrutura provê para cada usuário um diretório particular, onde é possível
criar arquivos com qualquer nome, diferentemente do modelo anterior.
Para que seja possível localizar arquivos nessa estrutura, faz-se necessário
um nível adicional para controle dos diretórios individuais dos usuários,
chamado de Master File Directory (MFD) que é indexado pelo nome do
usuário e nele cada entrada aponta para o diretório pessoal. Esta estrutura é análoga a uma estrutura de dados em árvore, sendo que o MFD
é a raiz, o UFD são os galhos e os arquivos são as folhas. Assim, quando
referenciamos um arquivo é necessário especificar também o seu nome e
seu diretório. Este processo é chamado de path ou caminho.
68
Sistemas Operacionais
Figura 6.2: Estrutura de diretórios com dois níveis
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
6.4 Alocação de espaço em disco
Para que seja possível a criação de arquivos junto ao sistema operacional, o
mesmo deve ter um controle de quais blocos ou áreas do disco estão livres
(disponíveis). Este controle só é possível graças a uma estrutura de dados
mantida pelo SO (geralmente lista ou tabela) que mantém estas informações
atualizadas e possibilita ao sistema de arquivos gerenciar o espaço livre, sempre
que necessário. Veremos agora as principais técnicas de gerência de arquivos,
confira.
6.4.1 Alocação contígua
Esta técnica tem por objetivo armazenar um arquivo em blocos dispostos
de maneira sequencial no disco rígido. Nesta alocação o sistema localiza um
arquivo através de seu endereço do primeiro bloco e sua extensão em blocos.
O acesso é simplificado (independente da forma sequencial ou direta), sendo
o principal problema a alocação de novos arquivos nos espaços livres, o que
demanda uma quantidade de blocos livres em sequencia igual ou maior que
o tamanho do espaço a ser alocado.
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
69
e-Tec Brasil
Figura 6.3: Alocação contígua
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
Uma situação que pode ocorrer neste tipo de alocação é existirem diversos
espaços livres para alocar um determinado arquivo. Neste caso, entram em
cena as estratégias (algoritmos) de alocação, que permitem dinamizar esta
escolha, através de três alternativas principais:
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•
First-fit – o primeiro segmento de espaços livres com tamanho suficiente
para alocar o arquivo é o escolhido.
•
Best-fit – seleciona o menor segmento livre disponível com tamanho
suficiente para armazenar o arquivo. Neste caso é necessária uma busca
por toda a lista para que seja possível saber qual entre todos os espaços
tem o menor tamanho suficiente ou então agrupá-los previamente por
tamanhos (do menor para o maior, por exemplo).
•
Worst-fit – o maior segmento de espaço livre entre todos é selecionado.
Porém, como no exemplo anterior (best-fit) se faz necessária uma busca
por todos os espaços livres ou uma ordenação por tamanho.
70
Sistemas Operacionais
Figura 6.4: Estratégias de alocação contígua
Fonte: CTISM
Um dos problemas da alocação contígua (independente da estratégia a ser
adotada) é a fragmentação de espaços livres. Este problema é ainda maior
conforme existam blocos livres disponíveis, porém sem espaço suficiente
contíguo onde um arquivo possa ser alocado. Para resolver tal problema a
desfragmentação de disco se faz necessária, como forma de agrupar de um
lado os arquivos e de outro os espaços disponíveis (reorganizando os espaços
livres em um único segmento). Esta técnica demanda de um grande consumo
de tempo e tem efeito temporário.
6.4.2 Alocação encadeada
Na alocação encadeada os arquivos são organizados na forma de conjunto
de blocos ligados ao disco rígido (independente de sua localização física) e
cada um destes blocos deve ter um ponteiro para o bloco seguinte, para que
seja possível sempre buscar a próxima parte do arquivo que foi armazenado.
Neste método temos a fragmentação de arquivos (divisão do arquivo em
pedaços menores, chamados de extents) o que aumenta o tempo de acesso
a este arquivo haja vista, que se faz necessário procurá-lo em blocos que não
estão em uma sequência contínua, mas sim, espalhados pelo disco.
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
71
e-Tec Brasil
Figura 6.5: Alocação encadeada
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
6.4.3 Alocação indexada
Este tipo de alocação vem a resolver um problema comum oriundo da alocação
encadeada, que é não permitir o acesso direto aos blocos dos arquivos. Na
alocação indexada é utilizada uma estrutura denominada de bloco de índice
onde se armazena os ponteiros de todos os blocos de arquivos. Dessa forma,
é possível ter acesso direto aos blocos do arquivo.
e-Tec Brasil
72
Sistemas Operacionais
Figura 6.6: Alocação indexada
Fonte: CTISM, adaptado de Maia, 2007
6.5 Proteção de acesso
A proteção de acesso é fator fundamental nos sistemas de arquivos, principalmente devido ao fato que os meios de armazenamento podem ser compartilhados de diferentes modos. Faz-se necessários mecanismos capazes de
proteger a informação e garantir esta proteção a arquivos e diretórios.
Geralmente esta proteção, na grande maioria dos sistemas operacionais
ocorre através da concessão do tipo de acesso a arquivos e diretórios, como
por exemplo: leitura, gravação, execução ou eliminação dos mesmos.
Existem diferentes mecanismos que podem ser empregados de forma diferenciada a arquivos e diretórios, como forma de proteção dos mesmos. Vejamos
agora, algumas delas.
6.5.1 Senha de acesso
Recurso pelo qual a proteção se dá, pela utilização de um código, previamente
cadastrado, sendo que somente quem detém este código, pode ter acesso
ao conteúdo protegido.
Aula 6 - Gerenciamento de arquivos
73
e-Tec Brasil
A utilização de senha de acesso é aconselhável para conteúdos sigilosos ou
que necessitam de uma proteção prévia, em contrapartida acaba dificultando
quando necessitamos compartilhar este arquivo protegido com mais pessoas,
uma vez que os demais usuários também deveriam ter conhecimento da senha.
6.5.2 Grupos de usuário
Os grupos de usuário são uma boa alternativa para arquivos e diretórios
compartilhados em uma rede de computadores, por exemplo. O princípio de
um grupo de usuários é reunir em um grupo usuários que pertencem a uma
mesma classificação, organização ou acesso afim.
Este mecanismo de acesso provê três níveis básicos de proteção: dono, grupo
e todos. Ao aplicar uma regra de proteção a um arquivo ou diretório é necessário indicar se esta regra se aplica a cada um dos três níveis. Ex.: o arquivo
“xyz” pode ser acessado somente pelo dono, grupo e não pelos demais.
Ainda nesta especificação é necessário indicar o tipo de acesso que poderá
ser feito: leitura, escrita, execução e eliminação, aos três níveis de proteção.
Resumo
Nessa aula, vimos como se dá a organização de arquivos e diretórios em um
sistema operacional e como as técnicas de alocação de espaço em disco são
importantes para que a leitura e gravação de dados possam acontecer de forma
objetiva. Para fixar o conteúdo visto em cada aula, é importante que você
realize os exercícios de aprendizagem. Em nossa próxima aula, abordaremos
um estudo de caso sobre o sistema operacional Windows Seven, apresentando
os principais recursos do mesmo.
Atividades de aprendizagem
1. Diferencie os modos de acesso sequencial, direto e indexado.
2. Cite três tipos de atributos que podem estar presentes em um arquivo,
descrevendo a função dos mesmos.
3. Como podemos descrever a estrutura de diretórios com dois níveis?
4. Diferencie alocação contígua, encadeada e indexada.
e-Tec Brasil
74
Sistemas Operacionais
Aula 7 – Estudo de caso: sistema
operacional Windows Seven
Objetivos
Conhecer de forma prática o sistema operacional Windows Seven.
Compreender seus requisitos e forma de instalação.
Entender as principais ferramentas do sistema e como podemos
utilizá-las na administração do sistema operacional.
Conhecer os principais comandos funcionais de administração.
7.1 Considerações iniciais
Os sistemas operacionais da Microsoft são bastante conhecidos e utilizados
em todo o mundo. Eles variam (quanto aos tipos) dependendo do dispositivo
onde são utilizados (smartphones, computadores pessoais, servidores, entre
outros) e possuem inúmeros recursos e características peculiares. Abordaremos,
nessa aula, um estudo de caso, caracterizando de forma prática, os principais
recursos presentes no sistema operacional Windows Seven, confira.
7.2 Requisitos
Algo que sempre é aconselhado, antes de instalar um sistema operacional em
um dispositivo (computador, notebook, servidor, etc.), é saber os requisitos
mínimos de hardware necessários. Para isso, basta buscar esta informação
no site oficial de cada fabricante. No caso do sistema operacional Windows
Seven, os requisitos mínimos necessários são:
•
Processador de 01 Gigahertz (GHz) ou superior de 32 ou 64 bits.
•
16 Gigabyte (GB) de espaço em disco rígido disponível (para sistemas 32
bits) ou 20 GB (para sistemas 64 bits).
•
01 GB de memória RAM (32 bits) ou 02 GB de memória RAM (64 bits).
•
Dispositivo gráfico DirectX 9 ou superior.
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
75
e-Tec Brasil
7.3 Instalação
A instalação do Windows Seven geralmente se dá através de um CD ou DVD
contendo os arquivos necessários para instalação do mesmo. O CD/DVD
deve ser adquirido levando em consideração o sistema operacional ideal para
cada usuário ou situação (se será utilizado em casa, ou para trabalho, tarefa
específica, etc.).
Figura 7.1: Tela inicial de instalação
Fonte: Microsoft Windows Seven
A instalação do sistema operacional envolve alguns passos fundamentais
que são:
a) Processo de boot (carregamento dos arquivos necessários para iniciar o
processo de instalação do sistema operacional pela mídia indicada).
b) Seleção do idioma.
c) Escolher entre instalação ou restauração do sistema (esta segunda opção
é indicada se o sistema operacional estiver apresentando problemas).
d) Aceitar os termos de licença.
e) Selecionar o formato de instalação (atualização para uma nova versão ou
avançada para instalação personalizada).
f) Particionar e definir parâmetros (quantidade e tamanho das partições).
e-Tec Brasil
76
Sistemas Operacionais
g) Aguardar o processo de instalação.
Figura 7.2: Tela de seleção do tipo de instalação
Fonte: Microsoft Windows Seven
7.4 Ferramentas do sistema
Como forma de destacar os principais recursos presentes no sistema operacional Windows Seven, descreveremos agora as principais ferramentas que
o mesmo dispõe e uma rápida descrição sobre as mesmas.
7.4.1 Backup e restauração do sistema
Permite realizar uma cópia de segurança (backup) dos arquivos do sistema do
computador, caso os mesmos sofram com a ação de vírus, exclusão acidental
ou falhas de software ou hardware. A restauração do sistema permite restaurar
(voltar) a um ponto anterior no tempo, sem que afete os arquivos pessoais
(documentos, imagens, e-mails, entre outros). É importante salientar, que
este recurso não recupera um arquivo pessoal que foi excluído ou danificado,
somente arquivos do sistema operacional Windows. Para recuperar arquivos
pessoais excluídos, existem diversos softwares que podem ser obtidos na
internet que realizam tal procedimento (como é o caso do software Recuva).
Para acessar as opções de backup e restauração do sistema devemos acessar
o seguinte caminho:
•
Disco local do nosso computador (geralmente C:\).
•
Clicar com o botão direito e ir até o menu “Propriedades”.
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
77
e-Tec Brasil
•
Clicar na opção “Ferramentas”.
•
Por fim, para iniciar as opções de Backup e Restauração, basta clicar no
botão “Fazer backup agora...
Figura 7.3: Opções de backup e restauração do sistema
Fonte: Microsoft Windows Seven
7.4.2 Ponto de restauração
O ponto de restauração é uma solução rápida que permite criar uma representação do sistema e guardá-lo para que seja possível voltar a uma configuração
anterior. Os pontos de restauração são criados automaticamente e também
quando o sistema detecta o início de uma alteração no computador, como
ao instalar um programa, um driver de dispositivo, entre outros.
Para criar um ponto de restauração do sistema, basta seguir os seguintes passos:
e-Tec Brasil
•
Clicar no botão Iniciar (Windows).
•
Digitar no campo “Pesquisar programas e arquivos”: Criar ponto de restauração.
78
Sistemas Operacionais
Você será direcionado diretamente a imagem presente na Figura 7.4:
Figura 7.4: Criar ponto de restauração
Fonte: Microsoft Windows Seven
Para dar início a criação do ponto de restauração, basta clicar no botão “Criar”
e preencher os dados que se pede.
7.4.3 Informações do sistema
O recurso “informações do sistema” permite saber detalhes importantes do
sistema operacional, como informações de software, hardware e componentes
do computador.
Para ter acesso a estas informações são necessários os seguintes passos:
•
Clicar no botão Iniciar.
•
Clicar na opção “Todos os programas” e em seguida em “Acessórios”,
“Ferramentas do sistema” e por fim, “Informações do sistema”.
Uma tela semelhante a exposta na Figura 7.5, irá abrir.
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
79
e-Tec Brasil
Figura 7.5: Informações do sistema
Fonte: Microsoft Windows Seven
Temos nas “Informações do sistema” quatro categorias principais, que são:
•
Resumo do sistema – mostra informações gerais sobre o sistema operacional e o computador.
•
Recursos de hardware – mostra detalhes sobre o hardware existente no
computador (DMA, E/S, IRQs – indicado para usuários mais experientes).
•
Componentes – exibe informações sobre os componentes instalados no
computador (placas de rede, dispositivos USB, CD-ROM, etc.).
•
Ambiente de software – mostra informações a nível de software, como
por exemplo: drivers do sistema, serviços, relatórios de erros do Windows,
entre outros.
7.4.4 Gerenciador de tarefas do Windows
O gerenciador de tarefas do Windows é um bom aliado quando precisamos
saber informações sobre o sistema de uma forma prática e objetiva. Este
recurso mostra informações sobre programas em execução, processos, serviços,
entre outros.
Além destes, também podemos através deste recurso monitorar o desempenho
do computador, obter informações de rede, bem como usuários conectados.
e-Tec Brasil
80
Sistemas Operacionais
A maneira mais fácil de acessar o gerenciador de tarefas do Windows é pressionando simultaneamente as teclas: <Ctrl + Shift + Esc>. Esta combinação
fará com que a tela exposta na Figura 7.6, seja exibida:
Figura 7.6: Gerenciador de tarefas do Windows
Fonte: Microsoft Windows Seven
Note que no topo da imagem temos seis guias, na ordem, descritas como:
“Aplicativos”, “Processos”, “Serviços”, “Desempenho”, “Rede” e “Usuários”.
Cada uma delas traz informações importantes acerca do sistema operacional,
confira:
•
Aplicativos – mostra informações sobre os programas (aplicativos) que
estão sendo executados pelo sistema operacional neste momento, bem
como, o status dos mesmos (executando). Os três botões que aparecem
no rodapé da Figura 7.6 (“Finalizar Tarefa”, “Alternar para” e “Nova
Tarefa...”) permitem ao usuário respectivamente, finalizar um programa
que esteja funcionando de forma anormal, alternar para um programa
presente na lista ou iniciar uma nova tarefa (executar um novo programa).
•
Processos – a guia processos mostra informações sobre os processos que
estão em execução. Estes processos podem ser do sistema, um serviço do
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
81
e-Tec Brasil
sistema operacional ou iniciados pelo próprio usuário. Como vimos em
capítulos anteriores, os processos são vitais ao sistema operacional e saber
interpretá-los faz-se necessário. É possível saber, por exemplo, quanto um
processo está consumindo de recursos como: processador, memória, bytes
de entrada e saída em disco, entre outros. Além disso, podemos eliminar
um processo do sistema, através desta guia, bastando para isso clicarmos
com o botão direito em cima do processo que desejamos e em seguida
na opção “Finalizar Processo”.
•
Serviços – os serviços do sistema operacional Windows são responsáveis
por uma série de funções importantes para o sistema, como ativações de
programas, controles e iniciação de rotinas específicas. Nesta opção podemos visualizar os serviços em execução e a qualquer momento podemos
interromper um serviço, para configuração e reestabelecimento de uma
nova função.
•
Desempenho – esta guia permite obter informações acerca do desempenho do computador, mostrando dados gerais sobre a utilização atual
dos principais recursos do computador. Entre outras informações podemos visualizar: uso do processador (em porcentagem), memória RAM,
memória física (total, em cache, livre), informações do sistema, além da
opção “Monitor de Recursos” que direciona o usuário a um aplicativo
que monitora inúmeras funções do computador e da rede em tempo real.
•
Rede – nesta opção, informações sobre os adaptadores de rede são fornecidos, bem como, um status sobre velocidade, utilização da rede, estado,
entre outros.
•
Usuários – exibe os usuários que estão utilizando o sistema operacional
atualmente. Esta opção permite identificar um usuário, sua sessão, seus
status, além de permitir desconectar ou fazer logoff do mesmo.
7.4.5 Configuração do sistema
A configuração do sistema, como o próprio nome sugere permite personalizar
algumas configurações do sistema, como por exemplo, programas inicializados
ao carregar o sistema operacional, tipo de inicialização do sistema, serviços
ativos, entre outros. Para acessar este interessante utilitário, devemos seguir
os seguintes passos:
•
e-Tec Brasil
82
Clicar no botão Iniciar.
Sistemas Operacionais
•
Digitar no campo “Pesquisar programas e arquivos”: msconfig.
A partir destes passos você terá acesso a uma janela semelhante à apresentada
na Figura 7.7.
Figura 7.7: Configuração do sistema – msconfig
Fonte: Microsoft Windows Seven
Na aba “Geral” podemos definir que tipo de inicialização queremos para o
sistema operacional Windows Seven. As opções “Inicialização normal”, “Inicialização de diagnóstico” e “Inicialização seletiva” podem ser selecionadas.
Na aba “Inicialização do Sistema” podemos definir algumas opções de inicialização, como por exemplo, a inicialização segura e o tempo limite da mesma.
Na aba “Serviços”, temos acesso aos principais serviços do sistema, bem
como seu status atual.
A aba “Inicialização de Programas” permite selecionar os programas que
serão carregados ao inicializar o sistema operacional. Dessa forma, podemos
tornar o carregamento mais rápido sem a necessidade de carregar todos os
programas na inicialização, mas somente aqueles realmente necessários.
A aba “Ferramentas” permite acessar os principais aplicativos de gerenciamento do sistema operacional, bastando localizá-lo na lista e clicar sobre o
botão “Iniciar”.
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
83
e-Tec Brasil
7.5 Principais comandos de administração
do sistema
O sistema operacional Windows Seven, possui uma grande quantidade de
recursos administrativos e de configuração que podem ser acessados através
de aplicativos gráficos e também através de comandos.
Os comandos são um meio rápido e eficaz de aplicar determinada operação
ao sistema operacional. Conheceremos agora, alguns destes comandos de
administração que podem ser úteis na utilização do sistema operacional
Windows Seven, confira.
7.5.1 Acessando o Prompt de comando como
administrador
Para que possamos digitar comandos no Windows, precisamos ter acesso
ao “Prompt de Comando”. Este aplicativo possui uma interface simples a
espera de comandos do usuário. Outro detalhe importante é que a maioria
dos comandos necessita da autenticação por parte do usuário administrador
do sistema. Para que possamos acessar o “Prompt de Comandos” como
usuário administrador, fazemos os seguintes passos:
•
Clicar no botão Iniciar – Todos os Programas – Acessórios.
•
Clicar com o botão direito sobre o item “Prompt de Comando” e em
seguida na opção “Executar como administrador”, conforme a Figura 7.8.
Com acesso ao Prompt de Comando do Windows Seven, podemos começar
a interagir com o mesmo, através da digitação de comandos específicos,
acompanhe.
e-Tec Brasil
84
Sistemas Operacionais
Figura 7.8: Acessar Prompt de Comando como administrador
Fonte: Microsoft Windows Seven
7.5.2 Checagem/correção de disco
A correção de disco (seja ele o disco rígido presente no computador ou um
disco externo conectado ao computador) é uma rotina comum e muitas
vezes eficaz quanto a identificar e corrigir problemas nestes dispositivos. Para
realizar tal procedimento via Prompt de Comando, devemos digitar o seguinte
comando (considerando que estamos com o Prompt de Comandos aberto
e executado como administrador, conforme exemplificado no item 7.5.1):
chkdsk
O comando “chkdsk” faz a checagem do disco atual (neste exemplo, Figura
7.9, Disco local C:\ ) e permite checar e corrigir também outras unidades de
disco presentes no computador (bastando indicar a unidade a ser analisada).
Para analisar a unidade de disco E:\ (por exemplo) deveríamos realizar os
seguintes comandos:
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
85
e-Tec Brasil
cd E:\ (pressione a tecla “Enter” e depois digite o comando abaixo)
chkdsk
Estes comandos farão o mesmo processo da seção 7.5.2, porém, para outra
unidade de disco (no exemplo a unidade E:\).
Figura 7.9: Correção de disco com o comando chkdsk
Fonte: Microsoft Windows Seven
Para ver as opções a serem utilizadas junto ao comando chkdsk, basta digitar
o seguinte comando:
chkdsk /?
O resultado deste comando pode ser visualizado na Figura 7.10.
Figura 7.10: Opções do comando chkdsk
Fonte: Microsoft Windows Seven
e-Tec Brasil
86
Sistemas Operacionais
7.5.3 Identificar endereço IP e configurações
básicas da rede
Muitas vezes necessitamos saber o endereço IP de nosso computador ou
o endereço MAC de nossa placa de rede. Esta informação pode ser obtida
rapidamente através do seguinte comando:
ipconfig /all
O comando “ipconfig /all” mostra detalhes da conexão, conforme podemos
visualizar na Figura 7.11.
Figura 7.11: Comando ipconfig /all
Fonte: Microsoft Windows Seven
Veja que várias informações são mostradas após a execução do comando,
como o nome do host (neste exemplo, note-roberto), o endereço físico (neste
exemplo, B4-B6-76-77-60-B4, também conhecido como endereço MAC)
além do endereço IPv4, utilizado na rede local (neste exemplo, 192.168.1.6,
também conhecido como endereço lógico).
7.5.4 Comandos básicos funcionais
Os comandos básicos funcionais são utilizados para as tarefas do dia a dia
dos usuários que utilizam o Prompt de Comando. A combinação destes
comandos permite a criação de scripts ou arquivos executáveis que podem
fazer rotinas complexas e/ou automatizadas, dentro do sistema operacional
Windows Seven. Conheça agora, alguns destes comandos e como podemos
começar a utilizá-los.
•
Acessar o painel de controle – control
•
Configurações de teclado – control keyboard
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
87
e-Tec Brasil
•
Configurações do mouse – control mouse
•
Verificar versão do Windows – winver
•
Saber o nome do computador – hostname
•
Alterar a data do computador – date
•
Alterar a hora do computador – time
•
Listar arquivos ou diretórios – dir/p
•
Limpar a tela – cls
Para criar diretórios, por exemplo, podemos utilizar o comando mkdir ou md.
Sua sintaxe é a seguinte:
mkdir nome_do_diretorio_a_ser_criado
Para acessar diretórios ou mostrar caminho atual: chdir ou cd. Sua sintaxe
é a seguinte:
chdir unidade/caminho_do_diretorio
Para renomear arquivos ou pastas utilizamos o comando ren. Sua sintaxe é
a seguinte:
ren nome_atual nome_modificado
Para copiar arquivos ou pastas, utilizamos o comando: copy. Sua sintaxe é
a seguinte:
copy nome_do_arquivo unidade/caminho_do_diretorio
Para remover arquivos ou diretórios utilizamos o comando del (cuidado ao
utilizar este comando, ele pode eliminar diretórios essenciais para o funcionamento do sistema operacional). Sua sintaxe é a seguinte:
del nome_do_arquivo (para apagar arquivos)
del nome_do_diretorio (para apagar diretórios)
e-Tec Brasil
88
Sistemas Operacionais
Resumo
Nessa aula, vimos de forma prática algumas funcionalidades do sistema operacional Windows Seven. Entre estes recursos, foi possível entender os requisitos
necessários para a instalação, o processo de instalação, as principais ferramentas
do sistema, bem como, os comandos básicos funcionais para administração
do sistema, via Prompt de Comando. Para fixar o conteúdo visto em cada
aula, é importante que você realize os exercícios de aprendizagem. Em nossa
próxima aula, outro estudo de caso será apresentado, porém, agora com o
sistema operacional Linux Ubuntu.
Atividades de aprendizagem
1. Quais são os requisitos para instalação do Windows Seven?
2. Quais são os passos necessários para criação de um ponto de restauração
do sistema?
3. Quais são as principais opções que temos ao acessar o gerenciador de
tarefas do Windows?
4. Como podemos definir os programas que serão carregados na inicialização
do sistema operacional?
5. Informe os comandos necessários para que possamos:
a) Corrigir erros do disco automaticamente.
b) Saber o endereço IP e endereço MAC do computador.
c) Saber o nome do computador.
6. Faça uma pesquisa na internet, sobre a evolução dos sistemas operacionais
Windows, descrevendo de forma simplificada as dez últimas versões do
sistema operacional Microsoft.
Aula 7 - Estudo de caso: sistema operacional Windows Seven
89
e-Tec Brasil
Aula 8 – Estudo de caso: sistema
operacional Linux Ubuntu
Objetivos
Conhecer de forma prática o sistema operacional Linux Ubuntu.
Compreender seus requisitos e formas de instalação.
Conhecer as principais ferramentas de administração do sistema.
Compreender os principais comandos de administração do sistema
operacional.
8.1 Considerações iniciais
O sistema operacional Linux apresenta diferentes distribuições que podem
ser utilizadas por inúmeros dispositivos (assim como acontece também nos
sistemas operacionais Microsoft, vistos na aula anterior). A grande diferença
neste caso é que os sistemas operacionais Linux podem ser modificados,
distribuídos livremente, não possuem restrições quanto à quantidade de computadores que irão utilizar o sistema operacional, entre outras características.
Veremos neste estudo de caso o sistema operacional Linux Ubuntu versão
12.04 Desktop, confira.
8.2 Requisitos
Sempre antes de instalar um sistema operacional é importante analisarmos
se o dispositivo que temos em mãos (computador, notebook, etc.) possui os
requisitos mínimos necessários a instalação deste sistema. Isto evita uma série
de problemas posteriores ou durante a instalação. Devemos sempre buscar
esta informação no site da própria distribuição do sistema operacional que
iremos instalar. Para o Ubuntu 12.04, os requisitos mínimos para instalação são:
•
Processador de 01 GHz.
•
Espaço livre de no mínimo 4,4 GB em disco rígido.
•
512 MB de memória RAM.
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
91
e-Tec Brasil
•
Estar conectado a internet (opcional).
8.3 Instalação
A instalação do Linux Ubuntu 12.04 versão para desktop é relativamente simples
e envolve uma série de passos básicos. Estes passos são bastante semelhantes
na instalação dos sistemas operacionais em um computador (independente
de fabricante). Vamos então ao passo a passo da instalação, confira.
Semelhante a outros sistemas operacionais o primeiro passo aqui é obtermos
a versão do sistema operacional Linux Ubuntu 12.04. Isto é possível através
do acesso ao repositório que contém as versões de tal sistema. Para fazer
o download desta versão acessamos o seguinte endereço: http://releases.
ubuntu.com/12.04/
Realizado o download da versão que queremos e ligando o computador com
o CD/DVD de instalação no drive, iniciamos a nossa instalação. A primeira tela
que aparecerá será semelhante à apresentada na Figura 8.1.
Figura 8.1: Tela inicial – instalação Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
Na tela de “Bem-vindo” temos duas opções principais: “Experimentar o
Ubuntu” e “Instalar o Ubuntu”. A primeira opção (Experimentar o Ubuntu)
permite ao usuário experimentar o sistema operacional, ou seja, utilizar os
aplicativos, executar comandos, interagir com o sistema, sem que qualquer
alteração seja feita no sistema de arquivos atual (esta opção é executada
e-Tec Brasil
92
Sistemas Operacionais
diretamente no CD/DVD de instalação). A segunda opção (Instalar o Ubuntu)
permite iniciar o processo de instalação e as etapas subsequentes. Ainda na tela
inicial é necessário selecionar o idioma a ser utilizado, no caso da Figura 8.1,
está selecionada a opção: “Português do Brasil”.
No passo seguinte uma tela de verificação dos requisitos do sistema é mostrada
como forma de verificar se o computador em questão dispõe dos recursos
necessários para instalação do sistema operacional. Na sequência uma tela
mostra os adaptadores de rede instalados no computador e se o usuário
pretende conectar-se a uma rede nesse momento ou não. Neste caso o usuário
pode optar por não se conectar a rede nenhuma e somente fazer a instalação
do sistema operacional, ou conectar-se a uma rede e já buscar as últimas
atualizações existentes durante a instalação do sistema operacional.
Realizado estes dois procedimentos, chegamos a um passo importante que
se refere ao tipo de instalação que queremos realizar (Figura 8.2).
Figura 8.2: Tipo de instalação – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
Partindo de nosso estudo de caso anterior, onde mostramos a instalação do
Windows Seven, vamos imaginar que temos instalado em nosso computador
o sistema operacional da Microsoft (Windows Seven) e que queremos instalar
também o Ubuntu 12.04, mantendo os dois sistemas instalados no computador,
para utilizarmos cada um quando quisermos.
Na Figura 8.2, podemos visualizar três opções principais que são: “Instalar o
Ubuntu” ao lado do “Windows Seven”, “Substituir o Windows Seven pelo
Ubuntu” e “Opção Avançada”. A primeira opção (Instalar o Ubuntu ao lado
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
93
e-Tec Brasil
do Windows Seven) permite instalar os dois sistemas operacionais lado a lado
no disco rígido, permitindo que o usuário selecione qual deles utilizar cada
vez que ligar o computador. A segunda opção (Substituir o Windows Seven
pelo Ubuntu) faz com que o Windows Seven seja completamente apagado do
computador e substituído pelo Ubuntu (documentos, imagens, vídeos, entre
outros presentes no Windows Seven, são apagados). A terceira opção (Opção
avançada) permite criar partições, redimensionar, definir o espaço para cada
partição, bem como gerenciar o espaço em disco da maneira que o usuário
julgar necessário (recomenda-se esta opção para usuários que conheçam tais
procedimentos a serem realizados).
Neste estudo de caso, selecionaremos a opção “Opção Avançada”. Para
realizar a instalação é necessário criar as seguintes partições:
•
/ (partição barra), com o sistema de arquivos do tipo journaling EXT4 e
pelo menos, 10 GB de tamanho nesta partição.
(partição área de troca), com o sistema de arquivos do tipo área de
troca (swap) e 02 GB de tamanho.
• Swap
(partição home), com o sistema de arquivos do tipo journaling
EXT4 com o espaço livre que estiver disponível.
• /home
Partindo da ideia que temos o Windows Seven instalado em nosso computador,
teremos a próxima tela, semelhante à apresentada na Figura 8.3.
Figura 8.3: Tipo de instalação – partição Windows (NTFS) – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
e-Tec Brasil
94
Sistemas Operacionais
O próximo passo será selecionar a maior partição (neste caso, /dev/sda2) e
clicar no botão “Alterar”. A partir deste procedimento, devemos definir um
novo valor para esta partição, conforme Figura 8.4.
Figura 8.4: Redimensionando uma partição NTFS – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
Repare que com esta mudança o valor da partição NTFS fica com aproximadamente 80 GB, com um espaço livre de 40 GB, conforme podemos visualizar
na Figura 8.5.
Figura 8.5: Redimensionando uma partição NTFS – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
A partir deste passo, devemos selecionar sempre o espaço livre restante e
criar as partições que necessitamos para instalação do sistema operacional.
As partições a serem criadas são a “/swap” com tamanho de 02 GB (do tipo
área de troca – swap), a partição “/” com tamanho de 10 GB (partição do tipo
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
95
e-Tec Brasil
journaling EXT4) e a partição “/home” com tamanho restante (também do
tipo journaling EXT4). Criado estas partições, basta clicar no botão “Instalar
agora”.
As próximas telas são de informações do usuário, como nome de login e
senha, fuso-horário, layout de teclado, além da definição de uma imagem
associada ao usuário. Feito isso, basta aguardar o termino da instalação e por
fim clicar no botão “Reiniciar agora”, conforme Figura 8.6.
Figura 8.6: Instalação concluída – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
8.4 Árvore de diretórios
No Linux os sistemas de arquivos como foi visto na seção de instalação,
são diferentes dos utilizados no Windows. Enquanto nas versões Windows,
temos os sistemas de arquivos FAT e NTFS, no Linux temos principalmente os
sistemas de arquivos do tipo EXT2, EXT3, EXT4, swap, entre outros. A forma
de organização dos arquivos e diretórios também ocorre de maneira diferente
no Windows e Linux.
Nos sistemas operacionais Linux a estrutura de diretórios e arquivos pode ser
visto como uma árvore, onde a raiz é o diretório barra (/), as ramificações são
os subdiretórios (como os diretórios /home/etc /root, etc.) e as folhas são os
arquivos. Na Figura 8.7 é possível ter uma visão geral desta estrutura, confira.
e-Tec Brasil
96
Sistemas Operacionais
Figura 8.7: Estrutura de diretórios padrão do sistema operacional Linux
Fonte: CTISM, adaptado de http://goo.gl/Lp7yfu
8.4.1 Diretório raiz (/)
O diretório raiz é equivalente a unidade C:\ do Windows. Ele contém todos
os demais subdiretórios que já vêm em uma instalação padrão do sistema
operacional, assim como os demais que serão criados pelos usuários do sistema.
8.4.2 Diretório dos executáveis do sistema (/bin)
No diretório /bin temos os arquivos binários (executáveis) básicos do sistema
operacional. Eles podem ser utilizados através do terminal de comandos
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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e-Tec Brasil
(geralmente o bash) para acionar diversas funcionalidades do sistema. Exemplos
de comandos (arquivos executáveis) presentes neste diretório: cd, ls, cat, etc.
8.4.3 Diretório de carregamento do sistema (/boot)
O diretório /boot armazena o núcleo do sistema Linux, isto é, o kernel e
alguns arquivos utilizados para o boot do sistema. Entre os gerenciadores de
boot mais conhecidos estão o Lilo e o Grub.
8.4.4 Diretório dos dispositivos do sistema (/dev)
No diretório /dev estão os dispositivos presentes no computador, representados
através de subdiretórios ou arquivos que apontam para os mesmos (como
por exemplo /dev/sda – representando o disco rígido, entre outros). Para
poder utilizar estes dispositivos de forma efetiva faz-se necessário montar os
mesmos, através de comandos específicos.
8.4.5 Diretório de configurações do sistema (/etc)
Neste diretório (/etc) são armazenados os arquivos de configuração do sistema.
Estes arquivos em sua grande maioria recebem a extensão “.conf”. De modo
geral os sistemas Linux e os programas que são instalados nele, costumam
criar os arquivos de configuração com o mesmo nome dos serviços o que
facilita a identificação dos mesmos.
8.4.6 Diretório dos usuários (/home)
O diretório /home é destinado aos usuários e seus perfis. Cada vez que um
novo usuário é adicionado no sistema operacional Linux uma pasta com seu
nome de login é adicionada como subdiretório no diretório /home. Assim seus
arquivos pessoais são localizados nesta pasta.
8.4.7 Diretório de pontos de montagem (/media)
O diretório /media, é o ponto de montagem para os diversos dispositivos
que temos presentes em um computador, como discos rígidos, drives de CD
e DVD, disco removíveis (pen drives e HDs externos), entre outros. Uma vez
montados estes dispositivos, podemos acessar o seu conteúdo normalmente,
através do diretório que contém os respectivos dados.
8.4.8 Diretório de dispositivos opcionais (/mnt)
O diretório /mnt é uma alternativa opcional ao diretório /media. Caso precisamos montar um dispositivo que não tenha sido montado automaticamente
em /media, podemos utilizar uma combinação do comando “mount” e do
diretório “/mnt” para montar determinado dispositivo e ter acesso a seu
conteúdo.
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Sistemas Operacionais
8.4.9 Diretório de recursos do sistema (/usr)
Neste diretório /usr ficam armazenados grande parte dos aplicativos instalados
no sistema, além dos principais executáveis do sistema operacional, biblioteca
dos principais programas, entre eles os aplicativos gráficos.
8.4.10 Diretório dos binários dos aplicativos (/usr/bin)
O diretório /usr/bin é responsável por armazenar arquivos binários (executáveis)
da maioria dos aplicativos instalados no sistema operacional. Podemos verificar
onde um arquivo executável se encontra através do comando “which”, via
terminal de comandos do Linux.
8.4.11 Diretório de biblioteca dos aplicativos (/usr/lib)
Este diretório /usr/lib armazena as bibliotecas utilizadas pelos programas.
Sua função é semelhante ao diretório C:\Windows\System32 do Windows
Seven. As extensões “.a” são ditas estáticas e pertencem a um programa
específico, enquanto as terminadas em “.so.versão” podem ser utilizadas por
diversos programas e são classificadas como compartilhadas.
8.4.12 Diretório temporário (/tmp)
O diretório /tmp armazena conteúdo temporário de aplicativos, navegadores,
instaladores, entre outros. Este conteúdo fica disponível a todo o sistema e seus
usuários e é apagado cada vez que o computador é reiniciado ou desligado.
8.4.13 Diretório do sistema de arquivos e de log (/var)
O diretório de logs do sistema /var armazena informações gerais sobre
determinado comportamento de um programa. Estas informações ficam
armazenadas de modo que podemos saber em detalhes as operações realizadas
por um programa, bem como, informações gerais sobre o mesmo. No caso
de administrar e analisar determinado serviço, estes arquivos são de extrema
importância.
8.5 Ferramentas de administração do sistema
O utilitário “System Settings” (configurações do sistema) do sistema operacional
Linux Ubuntu 12.04 permite ter acesso aos principais recursos de configuração
pessoal, de hardware e do sistema. Através dele podemos personalizar nosso
computador aplicando as configurações que necessitamos em determinado
momento. A Figura 8.8 permite visualizar o acesso a este recurso.
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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Figura 8.8: Acesso as configurações do sistema – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
8.5.1 Configurações pessoais (Personal)
Nas configurações pessoais, temos algumas opções principais que são: aparência, brilho e bloqueio, configurações de teclado, privacidade, suporte a
idiomas e o serviço Ubuntu One.
O recurso Aparência (Appearance) permite configurar opções de papel de
parede, temas, planos de fundo, entre outros.
A opção Brilho e Bloqueio (Brightness and Lock) permitem definir as opções
de brilho, bem como o tempo de bloqueio de tela que será feito após um
período de inatividade do computador.
As configurações de Teclado (Keyboard Layout) permitem definir o tipo de
teclado que será utilizado (layout), bem como suas preferências para cada
usuário.
A opção Privacidade (Privacy) permite configurar o nível de privacidade desejado ao acessar e manipular diferentes tipos de arquivos, navegar na internet
e manter informações sobre a atividade de diversos programas do usuário.
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Sistemas Operacionais
Na opção suporte a idiomas, é possível definir ou instalar um novo idioma
para que o sistema operacional possa ser personalizado a linguagem padrão
utilizada pelo usuário. Por padrão, o sistema operacional Linux Ubuntu em
sua versão 12.04, vem com o idioma em inglês, sendo necessária a instalação
de pacotes adicionais para mudança de idiomas.
8.5.2 Hardware
Nas opções de hardware, podemos configurar e definir padrões para os
principais dispositivos de nosso computador, como por exemplo: monitor,
teclado, mouse, rede, energia, impressora, entre outros. Vejamos a seguir as
principais opções deste recurso:
•
Displays – permite definir tamanho de tela do monitor, resolução, detectar
entradas de diferentes dispositivos de visualização, entre outros.
•
Keyboard – disponibiliza configurar o tipo de teclado, tempo de repetição,
definição de teclas de atalho, entre outros.
•
Mouse and TouchPad – possibilita a configuração de mouse e touchpad,
quanto a velocidade, rastro de cursor, cliques, funções dos botões, scroll, etc.
•
Network – as configurações de rede como os adaptadores presentes,
endereços IPs, redes locais detectadas, bem como informações sobre o
funcionamento das mesmas, podem ser obtidas através desta opção.
•
Power – definições de energia, quanto ao uso do notebook ligado diretamente na corrente elétrica ou usado somente na bateria, podem ser
personalizadas através desta opção, bem como, as definições de energia
ao suspender, hibernar ou baixar a tampa do notebook.
•
Printing – nesta opção é possível visualizar as impressoras instaladas no
computador, bem como administrar as mesmas, fazendo a instalação de
uma nova impressora ou excluindo uma impressora inexistente na rede.
8.5.3 Sistema (System)
As configurações de sistema permitem definir opções importantes quanto às
funcionalidades e principais recursos que o sistema operacional disponibiliza
e que podem ser personalizados a qualquer momento. Vejamos os principais:
•
Backup – recurso que permite personalizar uma cópia de segurança,
realizá-la e posteriormente restaurá-la, se assim for necessário. A vanta-
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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e-Tec Brasil
gem desta ferramenta é que trata-se de um recurso nativo do sistema
operacional Linux Ubuntu 12.04 e que pode ser configurado sempre que
necessário. A Figura 8.9, mostra as opções do recurso em questão.
Figura 8.9: Sistema/backup – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
•
Details – esta opção mostra informações gerais sobre o sistema operacional,
como o nome do computador, memória, processador, tamanho do disco,
tipo do sistema operacional utilizado, personalização de aplicativos padrões,
entre outros recursos, conforme pode ser visualizado na Figura 8.10.
Figura 8.10: Sistema/details – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
•
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Time & Date – permite configurar informações relativas à data e hora, bem
como, definição de localização e fuso-horário. A Figura 8.11, demonstra
esta opção.
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Sistemas Operacionais
Figura 8.11: Sistema/time & date – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
•
Universal access – a opção de acesso universal permite definir configurações que tornem o sistema operacional acessível a usuários de qualquer
natureza, independente de sua limitação (visual, auditiva, entre outros). Os
recursos de acessibilidade dispõem de diferentes opções personalizáveis,
conforme é possível observar na Figura 8.12.
Figura 8.12: Sistema/universal access – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
•
User accounts – as contas de usuário permitem visualizar os usuários
cadastrados no sistema operacional, bem como detalhes de sua conta
como o tipo, o método de autenticação, a linguagem, o nome de login,
entre outros. A Figura 8.13, demonstra este recurso.
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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Figura 8.13: Sistema/user accounts – Ubuntu 12.04
Fonte: Ubuntu 12.04
8.6 Principais comandos de administração
do sistema operacional
O objetivo desta seção final é demonstrar, de forma prática, os principais comandos
Linux que podemos utilizar para administrar o sistema operacional e realizar as
rotinas que necessitamos no dia a dia. Os comandos que serão apresentados
abaixo são baseados e testados nas distribuições Linux Ubuntu 12.04.
8.6.1 Shell de usuário comum e root
A primeira noção de terminal de comandos que temos que aprender é quanto
ao usuário que está logado (com a sessão ativa) atualmente no terminal de
comandos. Obtemos esta informação ao analisarmos as seguintes linhas abaixo:
[aluno1@pc1 ~]$
[root@pc1 ~]#
A linha 1 (“[aluno1@pc1 ~]$”) indica que o usuário atual é um usuário
comum, ou seja, com privilégios limitados no sistema, devido ao caractere
“$” estar presente em sua linha de comando.
A linha 2 (“[root@pc1 ~]#”) indica que o usuário em questão é do tipo
root (semelhante a administrador), devido ao caractere “#” e que o mesmo
tem totais controles do sistema (usuário com o maior nível de privilégios do
sistema operacional).
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Sistemas Operacionais
8.6.2 Comandos de sessão
Os comandos de sessão permitem ao usuário iniciar/terminar uma sessão ou
sair do shell (terminal de comandos). Observe os exemplos abaixo:
$ su
Password: (informe a senha do usuário root)
O comando “su” permite mudar o usuário logado, para o usuário administrador
(root), caso necessitamos executar algum comando como usuário privilegiado
(neste caso a senha do usuário root é necessária).
Para encerrar uma sessão de um determinado usuário conectado, digitamos:
$ logout
Para sairmos (encerrarmos) o shell de comandos devemos digitar comando:
$ exit
Veja abaixo uma lista de comandos úteis para reiniciar ou desligar o computador
via terminal de comandos:
$ reboot (reinicia o computador)
$ shutdown -r now (reinicia o computador imediatamente)
$ shutdown -h 5 (desliga o computador após 5 minutos)
$ halt (desliga o computador)
$ poweroff (desliga o computador)
$ init 0 (desliga o computador)
Lembrando que os comandos acima devem ser digitados pelo usuário root.
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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8.6.3 Comandos de navegação
Os comandos de navegação permitem deslocar-se pelos diretórios, subdiretórios
e arquivos existentes no sistema operacional, bem como obter informações.
Veja os exemplos:
$ pwd (exibe o diretório corrente)
$ cd (muda de diretório corrente)
$ ls (lista arquivos e diretórios)
8.6.4 Localização de arquivos
Muitas vezes queremos buscar um arquivo que em algum momento criamos,
utilizamos, mas não sabemos onde o mesmo se encontra armazenado no
nosso disco rígido. Para resolver este problema podemos utilizar um comando
específico (ou a combinação deste com outras opções) via terminal de comandos
do Linux. Vejamos o exemplo:
$ find / -name teste1.txt
O comando em questão (find) procurará em todo o disco rígido (/) pelo nome
do arquivo (opção -name) qualquer arquivo que tiver o nome “teste1.txt”.
Desta forma é possível localizar sua exata localização.
8.6.5 Manipulando arquivos e diretórios
Para que possamos manipular arquivos e diretórios de uma forma rápida e
objetiva, necessitamos saber os comandos que mais são utilizados para este
fim. Vejamos os exemplos abaixo:
$ mkdir pasta (cria um diretório chamado de “pasta”)
$ rm -rf pasta/* (apaga somente o conteúdo do diretório “pasta”
mantendo a mesma vazia)
$ rm -rf pasta (apaga todo o diretório “pasta”, subdiretórios e arquivos
existentes)
$ cp –rf pasta /tmp (copia o conteúdo do diretório “pasta” para dentro
do diretório “/tmp” )
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$ mv aula1.txt pasta (move o arquivo “aula1.txt” para dentro do
diretório “pasta”)
$ mv aula3.txt teste.txt (renomeia o arquivo aula3.txt para teste.txt)
A prática dos comandos acima é fundamental para que tenhamos um conhecimento sobre a forma de manipular tais comandos, suas opções, etc.
8.6.6 Informações do sistema
Às vezes necessitamos saber informações dos sistemas, seja para instalar um
aplicativo, fazer uma atualização, entre outros. Existem comandos simples que
uma vez executados, podem trazer as informações que estamos buscando.
Veja agora, alguns deles:
$ date (exibe data e hora atual)
$ cal (exibe o calendário atual)
$ hostname (exibe o nome do computador)
$ uptime (exibe a quanto tempo o sistema operacional está em
funcionamento, desde a última reinicialização)
$ uname (exibe informações sobre o kernel, processador, plataforma de
hardware e sistema operacional).
Resumo
Nessa aula, vimos de forma prática o sistema operacional Linux Ubuntu em
sua versão 12.04. Foi possível conhecer os requisitos e processo de instalação,
como o sistema operacional Linux se organiza (árvore de diretórios), as principais
ferramentas para administração do sistema, bem como, os principais comandos
de administração do sistema operacional. Para fixar o conteúdo visto em cada
aula, é importante que você realize os exercícios de aprendizagem. Não se
esqueça de ler cada aula sempre que julgar necessário e revisar seu conteúdo.
Aula 8 - Estudo de caso: sistema operacional Linux Ubuntu
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Atividades de aprendizagem
1. Quais são os requisitos mínimos para instalação do Linux Ubuntu 12.04?
2. Qual a diferença entre as opções “Experimentar” e “Instalar o Ubuntu”?
3. Quanto aos tipos de instalação, explique:
a) Instalar o Ubuntu ao lado do Windows Seven.
b) Substituir o Windows Seven pelo Ubuntu.
c) Opção avançada.
4. Cite e explique três diretórios do sistema operacional Linux que você achou
mais interessante.
5. Quais comandos seriam necessários para:
a) Criar uma pasta.
b) Copiá-la para dentro do diretório /tmp.
c) Excluí-la.
6. Como faço para encontrar um arquivo com o nome teste.txt?
7. Faça uma pesquisa na internet sobre os principais comandos de administração do Linux, citando e explicando dez (10) comandos diferentes dos
apresentados nesta aula.
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Sistemas Operacionais
Referências
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SP: Viena, 2010.
BONIATI, Bruno; PREUSS, Evandro; FRANCISCATTO, Roberto. Introdução à informática.
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Disponível em: <http://www.techtudo.com.br/dicas-e-tutoriais/noticia/2011/02/comoformatar-o-seu-computador-e-instalar-o-windows-7.html>. Acesso em: 8 ago. 2014.
MAIA, Luiz Paulo. Introdução à arquitetura de sistemas operacionais. São Paulo:
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PEREIRA, Ana Paula. MS-DOS completou 30 anos de existência. Tecmundo. 28 jul. 2011.
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SILBERSCHATZ, A.; GAGNE, G.; GALVIN, P. B. Fundamentos de sistemas operacionais.
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MENDONÇA, Tales Araujo; MARTINI, Luciano Andress. GNU Linux – Aprenda a operar
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TANENBAUM, Andrew S. Sistemas operacionais modernos. Rio de janeiro: PrenticeHall, 2003.
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Acesso em: 17 jul. 2014.
VELLOSO, Fernando de Castro. Informática conceitos básicos. Rio de Janeiro: Elsevier,
2011.
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e-Tec Brasil
Currículo do professor-autor
Adriana Soares Pereira é natural de Cruz Alta - RS. Graduada em Informática
pela UNIJUI (Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do
Sul), Mestre em Ciência da Computação pela UFRGS/RS (Universidade Federal
do Rio Grande do Sul) e Doutora em Ciência da Computação pela UFRGS/RS
(Universidade Federal do Rio Grande do Sul). Atualmente é professora em
regime de dedicação exclusiva da Universidade Federal de Santa Maria, lotada
no Colégio Agrícola de Frederico Westphalen. Atua nos cursos: Técnico em
Informática, Graduação Tecnológica em Sistemas para Internet e Especialização
em Gestão de Tecnologia da Informação. Atua principalmente nos seguintes
temas: inteligência artificial, sistemas multiagentes, informática na educação
e educação a distância.
Elisa Maria Vissotto é natural de Frederico Westphalen - RS, graduada em
Ciência da Computação pela URI (Universidade Regional Integrada do Alto
Uruguai e das Missões) e Especialista em Tecnologias para Aplicações WEB
pela UNOPAR (Universidade Norte do Paraná). Atualmente é professora no
curso Técnico em Informática Concomitante, no Colégio Agrícola de Frederico
Westphalen e tutora de sala no curso Superior em Análise e Desenvolvimento
de Sistemas na UNOPAR/FW.
Roberto Franciscatto é natural de Frederico Westphalen - RS. Graduado em
Informática pela URI - FW (Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai
e das Missões campus de Frederico Westphalen) e Mestre em Computação
Aplicada pela UNISINOS/RS (Universidade do Vale do Rio dos Sinos). Atualmente
é professor em regime de dedicação exclusiva da Universidade Federal de Santa
Maria, lotado no Colégio Agrícola de Frederico Westphalen. Atua nos cursos:
Técnico em Informática, Graduação Tecnológica em Sistemas para Internet e
Especialização em Gestão de Tecnologia da Informação. Atua principalmente
nos seguintes temas: sistemas operacionais, segurança da informação, projeto
e instalação de servidores, redes de computadores e desenvolvimento de
aplicativos para dispositivos móveis.
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